Peck 經驗式模擬 DOT 潛盾隧道沉陷槽

孫統立(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。分析方法分別以兩個單圓潛盾隧道沉陷量疊加模擬及 DOT 潛盾隧道視為等

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面積大圓隧道加以模擬，分別說明如下。

(1) 沉陷疊加法

如圖 2-21 所示，假設 DOT 潛盾隧道引致之地表沉陷各自獨立，不會互相影 響，因此 DOT 潛盾隧道引致之地表沉陷槽可以兩個單圓潛盾隧道引起之地表 沉陷相互疊加，如圖 2-22。

(2) 等面積替代法

假設 DOT 潛盾隧道開挖造成之地盤沉陷與等面積單圓潛盾隧道開挖造成之 地盤沉陷相同，因此 DOT 潛盾隧道施工造成之地表沉陷槽亦呈常態分佈，如 圖 2-23 所示，依此可以依照 Peck 經驗式計算隧道施工造成之地表沉陷槽。

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第三章

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，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、共同管溝 1 件及下水道 1 件，潛盾機外徑最 小為 Φ 2.5 m W 4.19 m，最大為 Φ 9.36 m  W 15.86 m，隧道中心線深度 4.38 m

~35.56 m，施工遭遇最大坡度為 5.9 %，最小曲率半徑為 102 m，最長之隧道總 長為 2,497 m。20 台 DOT 潛盾機製造商分別為日本的 IHI、MHI、及 KHI 公司，

其中 IHI 製造 15 台、MHI 4 台、KHI 1 台。

以下分別介紹採用 DOT 潛盾隧道工法施工之千葉縣習志野市菊田川 2 號幹 線管渠建設工程(case 2)，及名古屋高速鐵道 4 號線八事南工區建設工程(case 11)。

3.1 千葉縣習志野市菊田川 2 號幹線管渠建設工程

橫山博一(1994)介紹日本千葉縣習志野市菊田川 2 號幹線管渠建設工程之 DOT 潛盾隧道施工案例。以下分別說明本案例之工程概述、地質概況、選擇 DOT 潛盾工法之原因、潛盾機介紹、及防止地盤位移採用之輔助工法。

3.1.1 工程概述

千葉縣習志野市津田沼地區，為東京都的市郊經濟開發區，近年來正快速地 朝城市化方向開發。因為其地形特性之因素，每在多雨季節，往往使民宅成為嚴 重受水浸害的區域。

本下水道工程建造最大目的為消除津田沼地區的雨季浸水受害，DOT 潛盾 隧道施工期間為 1990 年 11 月至 1994 年 3 月，使用 IHI 公司製造 Φ 4.45 m  W 7.65

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m 斷面之 DOT 潛盾機，如圖 3-1。圖 3-2 顯示，隧道工程路線由津田沼一丁目附 近的發進井出發，潛盾機掘進的路線途中，不但須穿越 JR 總武線及京成電鐵等 鐵路路線，而且還要經過覆土厚度僅有 2.15 m (0.5D, D = 潛盾機縱徑 = 4.45 m) 之區段，施工條件之困難不言而喻，其平面線形還含有七處 R = 200 m 之曲線段。

隧道施工全長為 703 m，自發進井出發向下游之到達井掘進 586 m，抵達到達井 後即將潛盾機拆解、吊起後，運回發進井，予以重新組裝，再往上游側掘進 117 m。

3.1.2 地質概況

潛盾隧道下水道工程之地質概況如圖 3-3 顯示，發進井附近地質為洪積層之 成田砂層，下游區段則為沖積砂層與腐殖土之互層。成田砂層由均勻係數約為 2 之細砂所組成，標準貫入試驗之 N 值介於 10~30 之間，腐殖土含水量高達 160~380

%，屬於易因含水量下降而沉陷的土層。

3.1.3 選擇 DOT 潛盾工法之原因

橫山博一(1994)指出，習志野市菊田川 2 號幹線下水道建設工程選擇 DOT 潛盾工法之原因，綜合為如以下三點：

(1) 作為雨季排水的下水道涵管，其必要的管道斷面積約 18 m²，若採用單圓潛 盾排水隧道其斷面內側直徑要求必須為 Φ 4,750 mm，但施工路線上 DOT 隧 道最淺的覆土厚度只有 2.15 m，如果選擇單圓潛盾工法，則其覆土厚度不再 存有。

(2) 線路下游的雨水泵房溢流堰高度受到潮位的影響，其要求之管底高度不能太 低。

(3) 施工作業的土地使用上，DOT 工法所需場地面積較少，對於防噪音的隔離 設備規模要求也比較小。

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3.1.4 潛盾機介紹

本下水道工程採用之 DOT 潛盾機，為日本石川島播磨重工業株式會社(IHI) 製造之泥土壓平衡式潛盾機。潛盾機外徑為 Φ 4.45 m  W 7.65 m，盾殼內共 24 支千斤頂(上部 16 支，每支推力 120 tf，下部 8 支，每支推力 150 tf)，採用直徑 為 520 mm 之兩組螺運機排土。每環隧道由 9 個襯砌環片( 6A + 1B + 1C + 1D ) 以短直螺栓組成。

3.1.5 防止地盤位移採用之輔助工法

(1) 穿越 JR 總武線鐵路下方區段

於掘進前經過有限元素法(FEM)分析下水道開挖造成之地盤沉陷，依據分析 結果，承包商施行圖 3-4 所示之雙重管雙層封堵壓注工法地盤改良，以減少 DOT 隧道開挖造成之地盤沉陷量，確保 JR 總武鐵路之安全。地盤改良後，

監測得 DOT 隧道掘進過程所造成之地盤位移先行隆起 1~2 mm，盾尾通過 後沉陷約 2 mm，隆起及沉陷量均小於 JR 鐵路軌道容許之位移量。

(2) 穿越京成電鐵鐵路下方區段

為了保護京成電鐵鐵路之平交道，施作圖 3-5 所示之管幕工法及雙重管雙層 封堵壓注工法地盤改良，結果本區段在 DOT 隧道掘進過程中僅發生 2 mm 之沉陷，對京成鐵路軌道幾乎沒有任何不良影響。

(3) 於超薄覆土區段掘進

潛盾機上方覆土層最淺處僅 2.15 m，為防止潛盾機掘進時可能拖動地盤，在 潛盾機上方施行厚 1.0 m 之 CJG(column jet grout)高壓噴射灌漿，另於隧道與 民房之間施作排樁以確保鄰近民房之安全。結果本區段於潛盾機掘進時，雖 發生 5~15 mm 之先行隆起，潛盾機通過時僅發生大約 10 mm 之地盤隆起或

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沉陷，對周邊建物無危險影響，安然完成 DOT 隧道掘進。

3.2 名古屋高速鐵道 4 號線八事南工區建設工程

石原俊造等(2003)介紹名古屋高速鐵道 4 號線八事南工區建設工程之 DOT 潛盾隧道工程案例。以下分別介紹該案例之工程概述、地質概況、潛盾機介紹、

潛盾機滾轉實測分析、及土艙土壓力管理。

3.2.1 工程概述

石原俊造等(2003)說明，名古屋高速鐵道 4 號線八事南工區是從名古屋市中 心向周邊的城市地區呈放射型的地下鐵建設。捷運線路網和已設置的車站連接，

將名古屋及周邊地區據點形成網狀系統的路線結構，達到地鐵乘用者長期以來的 願望。

名古屋高速鐵道 4 號線八事南工區，施工期間為 2001 年 2 月至 2002 年 5 月，使用 Φ 6.52 m  W 11.12 m 斷面之 DOT 潛盾機。圖 3-6 顯示，隧道工程路線 由清水岡車站工作井出發，先於道路下方的直線區段掘進約 350 m，剩餘的曲線 路線長度為 675 m，隧道掘進都在民宅底下進行，通過兩個曲率半徑 R = 300 m 的路線，形成一個 S 型線型，最後到達八事車站，隧道施工全長為 1,025 m，隧 道中心線深度約 12.96~23.36 m。

3.2.2 地質概況

潛盾隧道開挖之地質概況如圖 3-7，其地質為「八事‧唐山層」的第四紀洪 積層，是以混雜黏土的砂礫為主體的地質層，其粒徑為 40 mm 以下的砂礫顆粒 主體中，粒徑大約 100 mm 的粗礫分佈在其中。

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3.2.3 潛盾機介紹

名古屋高速鐵道 4 號線八事南工區建設工程採用之 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 6.52 m  W 11.12 m，長度 7.915 m，總共配置 32 支總推力為 68,600 kN 之千斤頂，採用直徑為 700 mm 之兩組螺運機排土。

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 對名古屋高速鐵道 4 號線八事南工區建設工程(以下簡稱此路段)之潛盾機滾轉角 度實測結果，及其控制盾身滾轉量之操作方式加以介紹。

圖 3-8 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開挖面看，DOT 潛盾機順時針滾轉為正，逆時 針滾轉為負。圖中顯示潛盾機於第 1 環至第 398 環掘進時，有五處其滾轉角度皆 大於 0.3 度，最大值為 0.37 度，操作人員使用超挖刀、修正千斤頂、及在潛盾機 內設置重量平衡塊控制滾轉角度，降低滾轉角度至極限範圍(正負 0.6 度)。潛盾 機於第 399 環逐漸修正至 0 度，之後維持在± 0.1 度內。隧道持續掘進至第 850 環期間，共有兩處超過規定之修正值(正負 0.2 度)，兩處滾轉角度分別為-0.29 度 和-0.27 度，操作人員減輕左側隧道原本加設置之平衡塊重量，控制降低其負滾 轉角度，DOT 隧道安全順利掘進至到達車站。

3.2.5 土壓力管理

隧道開挖前，施工單位根據覆土厚度和地質鑽探資料，設定了管理土壓力(如 圖 3-9)，圖中以”有效靜止土壓力+水壓力+20 kPa”作為管理土壓力的上限，”有 效主動土壓力+水壓力+20 kPa”作為管理土壓力的下限，設計管理土壓力的上限

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值約為 70~220 kPa，下限值約為 50~170 kPa。如圖 3-9 所示，掘進測得的實際土 壓力值介於 90~240 kPa 之間，從第 1 環至第 850 環間之土壓力管理，幾乎都控 制在管理值的上下範圍內，但於第 100 環至第 240 環及第 600 環附近，其兩處的 覆土厚度皆很小，且隧道掘進區間地層大多為民宅或其它建築物，雖然選擇上限 管理值較高的土壓力值做掘進，但在掘進過程開挖對周邊建築物未發生明顯不利 影響。

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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

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「高鐵 桃園車站」等交通運輸樞紐。交通部高速鐵路工程局推動施作「桃園國際機場捷 運系統」（Taoyuan International Airport Access MRT System）。

圖 4-1 顯示，此系統將與台北地區捷運系統及台灣高速鐵路連結，於台北車 站(A1)、五股工業區站(A3) 、及高鐵桃園站(A18)提供預辦登機及行李拖運服 務。本工程路線全長約 51.03 km，其中地下段約 10.92 km，高架段約 40.11 km。

沿途共設 22 座車站，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。

本章介紹「桃園國際機場聯外捷運系統」台北三重段，CA450A 標三重站(A2 站)至台北捷運 G14 車站間之 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、且施工困難之三處聯絡通道，台灣首次引進 DOT 潛盾工法施作隧道。以下分別說明 CA450A 標工程概況、地質概況、潛盾 隧道施工介紹、及佈設之監測系統。

4.1 工程概況

桃園國際機場聯外捷運台北三重段，CA450A 標 DOT 潛盾隧道工程，如圖 1-1 所示，施工路線從台北三重側之工作井出發，穿越淡水河河床及兩側堤防進 入台北市區，經台北市第十三號公園(玉泉公園)，沿市民大道南側地下，到達捷 運松山線北門站(G14 站)北端，隧道全長約為 1,584 m。此標工程之業主為台北 市政府捷運工程北區工程處，設計單位為台灣世曦工程顧問公司，承包廠商為達 欣工程公司與日商清水營造工程公司聯合承攬。CA450A 標工程施工時間自民國