Peck 經驗式模擬 DOT 潛盾隧道沉陷槽

張統立(2007)依據 Peck 經驗式，提出模擬 DOT 潛盾施工引致地表沉陷之方 法。分析方法分別為兩個單圓潛盾隧道沉陷量疊加模擬及 DOT 潛盾隧道視為等 面積大圓隧道加以模擬，分別說明如下。

1. 雙單圓隧道沉陷量疊加模擬

如圖 2-26 及圖 2-27 所示，假設 DOT 潛盾隧道引致之地表沉陷為兩個單圓潛 盾隧道疊加(superposition)作用之結果， DOT 潛盾隧道引致之地表沉陷槽為 兩個相交之單圓潛盾隧道獨立引起之地表沉陷量疊加。

2. DOT 隧道視為等面積大圓隧道模擬

假設 DOT 潛盾隧道地表沉陷槽符合常態分布，如圖 2-28 所示，將 DOT 潛盾 隧道視為等面積之單圓潛盾隧道進行模擬，依照 Peck 經驗式計算地表沉陷。

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第 三 章

國外 DOT 潛盾隧道施工案例

本研究蒐集國內外 DOT 潛盾隧道工程共 20 個案例，其中包括日本 13 個、

大陸 6 個，及台灣 1 個案例，表 3-1 為各案例之基本資料與地層狀況。表中顯示，

20 個案例中，地下鐵捷運工程共 18 件、下水道 1 件及共同管溝 1 件，潛盾機外 徑最小為 Φ 2.5 m  4.19 m，最大為 Φ 9.36 m  15.86 m，覆土深度 2.2 m ~26 m，

DOT 潛盾機製造商分別為日本的 IHI、MHI、及 KHI，其中 IHI 有 15 台、MHI 有 4 台、KHI 有 1 台。所有案例中，施工遭遇最大坡度為 5.9%，最小曲率半徑 為 102 m。

以下分別介紹日本有明北地區供給管共同管道建設工程，及大陸上海軌道交 通八號線 DOT 潛盾隧道工程案例。

3.1 日 本 有 明 北 地 區 供 給 管 共 同 管 道 建 設 工 程

本章介紹日本東京都將東區，有明北地區供給管共同溝建設工程之 DOT 潛 盾隧道案例。以下分別介紹案例之工程概述、地質概況、選擇 DOT 潛盾工法之 原因、及潛盾機介紹。

3.1.1 工程概述

東京都政府為了將一集中型都市結構轉換為多心型結構，於東京灣濱海處興 建東京都第七處副都心，為建設可容納水電、瓦斯管線等生命線之共同管道 (Common Conduit)而採用 DOT 潛盾工法。此項工程於 1990 年開始推動，為表 3-1 所列 20 個 DOT 潛盾隧道工程案例中最大斷面之潛盾隧道，使用 MHI 公司製 造 Φ 9.36 m  15.86 m 斷面之 DOT 潛盾機，如圖 3-1。圖 3-2 顯示，工程路線由

江東區有明路二段前方發進坑出發，下坡度 4%，隧道路線經過東電人孔、臨海 高速鐵路及東雲共同溝下方，最後以 3.5%坡度上升至到達坑，隧道施工全長僅 249 m。因施工路線鄰近存在現有結構物、洞道及共同溝，故採用超高壓噴射灌 漿工法(Column Jet-Grout)及化學灌漿進行地盤改良以保護鄰近建物。此工程業主 為東京臨海副都心建設公司，DOT 潛盾隧道施工期間為 1990 年 11 月至 1994 年 8 月。

3.1.2 地質概況

潛盾隧道共同管道施工工址位於海埔新生地，如圖 3-3 顯示，地層最上層為 回填層，其下地層由上而下分別為沖積層、丘層、東京層及江戶川層，自然地下 水位位於 GL-12 m，各土層分佈及其性質說明如下：

1. 沖積層(Alluvial layer)：為黏質土層(Yuc 層)，與砂質土層(Yus 層)之互層，沖 積層底端深度在 GL-12 m。

2. 丘層：由上而下分別為壤土層(btc 層)、有機土層(btp 層)、及砂礫層(btg 層)，

此層僅出現於潛盾隧道段發進坑之一小段。

3. 東京層：為砂質土層(Tos 層)、粉土質黏土(Toc 層) 、及粉土質砂礫層(Tog 層)所構成，此層為潛盾隧道施工經過之主要土層。

4. 江戶川層：其頂部為 3 m 厚之黏土層(Edc 層)、下部為砂土層(Eds 層)所構成。

本工程之 DOT 潛盾隧道施工掘進遭遇丘層及東京層，其工程特性詳見表 3-2。

3.1.3 選擇 DOT 潛盾工法之原因

濱海副都市中心生命線共同管道穿越寬 100 m 之國道 357 號線，此區段選擇 DOT 潛盾工法之原因，綜合如以下四點：

1. 施工路線需穿越既有東雲共同溝、東電洞道(東京電力公司之地下輸配電電纜

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管道)等重要地下管道，且於濱海高速鐵路正下方施工。使用 DOT 工法開挖 共同管道，無效用斷面較單圓隧道小，且 DOT 隧道寬度較窄，施工影響區域 較小與現有地下結構物交錯時較易處理。

2. 使用 DOT 工法符合施工深度淺、大斷面之設計條件，可以減少地下開挖面積。

3. 與單圓雙孔隧道相比，施工斷面較小，施工深度可減小，符合廢土處理設備 及發進基地規模小之需求。

4. 使用 DOT 工法施工期短，可以減少總工期時間。

3.1.4 潛盾機介紹

東京都有明北地區供給管共同管道建設工程採用之 DOT 潛盾機，為三菱重 工業株式會社(Mitsubishi Heavy Industries, MHI)製造之泥土壓平衡式潛盾機。潛 盾機外徑為 Φ 9.36 m  15.86 m，千斤頂共 46 支(上部 24 支各 300 tf，下部 22 支 各 350 tf)，採用直徑為 Φ = 900 mm 之兩組螺運機排土。每環隧道由 13 個襯砌環 片( 10A + 1B + 1C + 1D )以短直螺栓組成。為控制環片脫出盾尾時尾隙閉合造成 之沉陷量，潛盾機海鷗部上、下分別各設兩個同步背填灌漿孔，以填滿原地盤與 環片間之間隙，控制沉陷量。

3.2 上 海 軌 道 交 通 八 號 線 DOT潛 盾 隧 道 工 程

本節介紹上海市軌道交通揚浦線(M8 線)DOT 潛盾隧道工程案例，以下分別 介紹工程概述、地質概況、潛盾機介紹、及潛盾機滾轉實測分析。

3.2.1 工程概述

上海城市空間不斷開發，地面及地下空間都越來越小，依據線路選線和控制 土建規模的要求，上海地鐵建設公司選擇使用開挖斷面較小之 DOT 潛盾工法。

上海軌道交通八號線 DOT 潛盾工法範圍：由開魯路站、嫩江路站、翔殷路站至 黃興綠地站，分三段施工，案例 14 及 15 全長共 2,688 m。工程業主為上海地鐵 建設有限公司，施工時間由 2003 年 4 月至 2004 年 10 月。開魯路站至嫩江路站 929 m，、嫩江路站到翔殷路站 893 m，本章主要介紹翔殷路站至黃興綠地站(如 圖 3-4)，全長 866 m，隧道最大坡度為 2.8%，最小曲率半徑 R = 495 m，隧道覆 土厚度 5.2~12.0 m。施工採用 Φ 6.52 m  11.12 m 斷面之 DOT 潛盾機，為中國引 進的第一台 DOT 潛盾機，中國是世界上第二個引進 DOT 潛盾隧道工法的國家。

3.2.2 地質概況

由翔殷路站至黃興綠地站，地形尚屬平坦，地鐵隧道沿線遭遇較多地下管 線，隧道兩側有較為密集之住宅。依據鑽探結果，DOT 潛盾隧道通過地層之剖 面如圖 3-4，可分為五個層次，由上而下各層之土壤及厚度說明如下：

1. 第一層：為回填層，厚度約為 2 m。

2. 第二層：為褐黃色粉土質黏土，厚度約為 7m，土壤單位重為 18.9 kN/m³ 。 3. 第三層：為灰色黏土質粉土，厚度約為 3 m，土壤單位重為 18.5 kN/m³ 。 4. 第四層：為灰色砂質粉土，厚度約為 7m，土壤單位重為 19.0 kN/m³ 。 5. 第五層：為灰色粉土質黏土，厚度約為 6m，土壤單位重為 17.1 kN/m³ 。 6. 第六層：為灰色黏土，厚度約為 4m，土壤單位重為 17.8 kN/m³。

7. 第七層：為綠色粉土質黏土，厚度約為 4 m。

圖 3-4 顯示，本工程之 DOT 潛盾隧道施工位置在第三層至第五層內進行，

各土層之工程特性詳見表 3-3。

3.2.3 潛盾機介紹

上海軌道交通八號線工程採用之 DOT 潛盾機為日本石川島重工業株式會社

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總共使用 32 支總推力為 68,632kN 之千斤頂，以兩組直徑為 Φ = 900 mm 之螺運 機排土。每環隧道由 11 片襯砌環片( 8A + 1B + 1C + 1D )以短直螺栓組成。為控 制尾隙閉合造成之地盤沉陷，DOT 潛盾機海鷗部上、下分別設置 2 個及 1 個背 填灌漿孔，以填滿原地盤與環片間之盾間，控制沉陷量。

3.2.4 潛盾機滾轉實測分析

DOT 潛盾機掘進時造成滾轉之原因及滾轉修正方法已於第二章說明，在此 對上海軌道交通八號線 DOT 潛盾隧道翔殷路站至黃興綠地站(以下簡稱此路段) 之潛盾機滾轉角度實測結果及其控制操作方式加以介紹。

圖 3-5 為此路段潛盾機滾轉角度 θ 實測數據，橫軸為環片編號，縱軸為滾轉 角度，定義操作人員從隧道內向前看 DOT 潛盾機順時針滾轉為正，逆時針滾轉 為負。圖中顯示第 110~131 環之滾轉實測，滾轉角度皆介於 0~0.3 度。操作人員 使用修正千斤頂控制滾轉角度，使其 DOT 潛盾機之滾轉角度從-0.29 度慢慢修正 回 0 度。第 407~415 環，DOT 潛盾機滾轉角度皆維持在大約 0.33 度，操作人員 增加左側螺運機之出土速率控制滾轉角度，使其自 θ=0.33°慢慢修正至滾轉角度 為 0 度。第 600~650 環之潛盾機滾轉角度實測資料，於第 624 環滾轉角度已到 θ=

-0.58°，逼近設計可接受之最大極限滾轉量 θ= ±0.6°，操作人員立即運用修正千 斤頂、右側螺運機增加出土速率、及右側加載環片進行滾轉修正，降低潛盾機滾 轉角度，直至隧道中心軸線慢慢恢復至水平。

第 四 章

桃園機場聯外捷運 DOT 潛盾隧道台北三重段工程案例

為改善桃園國際機場聯外交通，連結「台北都會區大眾捷運系統」與「高速 鐵路桃園車站」等交通運輸樞紐，使國際航線與國內交通網路緊密結合。交通部 高速鐵路工程局捷運工程處施作「桃園國際機場聯外捷運系統」。

如圖 4-1 所示，本捷運系統路線起自桃園國際機場第二航廈(A13 站)，往東 經第一航廈(A12 站)，沿線經過桃園縣蘆竹鄉、臺北縣林口鄉、桃園縣龜山鄉、

臺北縣新莊市、泰山鄉、三重市後(A2 站)，進入臺北市臺北車站特定專用區(A1 站)。自第二航站往南經高鐵桃園車站至中壢市環北站(A21 站)，未來預計延伸至 中壢火車站，並採分階段完工通車辦理。

此捷運系統路線全長約 51.03 公里，其中地下段約 10.92 公里，高架段約 40 . 11 公里。沿途共設 22 座車站(含 A14a 站)，其包括 15 座高架車站、 7 座地 下車站，並設置青埔與蘆竹兩處維修機廠。工程建設總經費約 1,138.5 億元。

本章將介紹「桃園國際機場聯外捷運系統」台北三重段，CA450A 標 A1 站 至 A2 站間 DOT 潛盾隧道施工案例。此標工程隧道穿越淡水河下方，為避免於 河下設置高風險、施工困難之傳統聯絡通道，台灣首次引進 DOT 潛盾工法施作 隧道，如圖 4-2 及 4-3。以下分別說明工程概述、地質概況、潛盾機介紹、及施 工遭遇之困難及解決方案。

4.1 工程概述

桃園國際機場聯外捷運 CA450A 標台北三重段 DOT 潛盾隧道工程，如圖 4-4 所示，施工路線從忠孝橋三重側之工作井出發，穿越淡水河河床及兩側堤防進入 台北市，至捷運松山線北門站(G14)北端止，隧道全長約為 1,584 m。工程使用斷 面為 Φ 6.42 m  11.62 m 之 DOT 潛盾機，隧道上方覆土厚 7.6~26.0 公尺，隧道

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最大坡度為 4.9 %，最小曲率半徑 R = 280 m。此標工程之業主為台北市政府捷運 工程北區工程處，承包廠商為達欣工程公司與日商清水營造工程公司共同承攬，

設計單位為台灣世曦工程顧問公司，DOT 潛盾機製造商為日本石川島重工業株 式會社(Ishikawajima-Harima Heavy Industries,IHI)。施工時間自民國 98 年 12 月 8 日起，至論文完成時工程仍在進行中。

4.2 地質概況

本案例 DOT 潛盾隧道施工路線均位於台北盆地，盆地內地質均屬第四紀沉

本案例 DOT 潛盾隧道施工路線均位於台北盆地，盆地內地質均屬第四紀沉