3.4 隧道工程災害案例探討

第三章 隧道工程災害事故處理及案例探討

3.1 前言

台灣活躍之大地構造特性及沈積環境，斷層與剪裂帶密度高，地 質變化甚大且組成材料複雜變異性大，特別是在隧道工程眾多之西部 麓山帶第三紀地層內，其岩相、厚度及構造在短距離內常有相當之差 異，是隧道工程常遭遇之困擾。此種地盤變異特性使隧道之開挖與支 撐型式在施工過程中，須隨時隨地需作調整或改變。

台灣地區之地下水相當豐沛，特別是山岳地區，地下水分佈之特 性不易掌握，有時地下水為斷層或含泥剪裂帶阻隔而形成貯水構造，

隧道開挖若無事前查察而預為適當處理，容易造成大量湧水發生災 害。

3.2 隧道工程災害發生原因研判及處理對策 3.2.1

(一)洞口邊坡滑落原因 (1)地形因素

隧道洞口的構築須將已達平衡狀態的地貌加以改變，於先 開挖後支撐保護的過程中，視原有地形的穩定性、開挖之大小、

及支撐保護是否足夠，而可能引發各種工程問題。

(2)地質因素

最常見的洞口地質情況為崩積層及風化破碎岩盤，此類地 質條件通常具有強度低、變形性高及透水性佳的特性，經常因 地盤承載力不足而導致鋼支保、噴凝土等支撐下陷或變形，並 引致地表下陷的現象。

(3)洞口段隧道開挖及支撐因素

因洞口段開挖引致對周圍岩體或土體之擾動，可能誘發邊 坡的坍滑，而洞口段支撐若是剛性不足，也可能產生較大的淨 空收斂及地層變位之情況，誘發邊坡的不穩定問題。

(4)洞門結構

洞門結構型式影響隧道洞口邊坡之開挖保護方式，及洞門 施工時必須開挖邊坡，常因此誘發邊坡的滑動。

(5)洞口位置

若進洞位置選擇不當，將對邊坡進行大開挖，不利邊坡的穩定 性。

(6)未設置監測系統

洞口邊坡與隧道施工之穩定性，一般可藉由適當的監測系 統加以掌握，若無監測系統則無法事先提出預警，研擬對策並 作適當的防範。

(二) 處理對策

為儘量減低邊坡及隧道開挖對原有地盤造成之擾動，以維持 原有之穩定性為原則。若有地盤穩定性較差，或是洞口段施工時 可能引發邊坡之不穩定，則應先穩定邊坡，再進行鑽掘洞口段的 施工。

洞口邊坡及洞口穩定方式有(詳表 3-1)：回填土方穩定方式、

側抱式擋土牆、垂直界面之岩栓、傘狀管幕前進支撐、上半擴座 基礎、水平管幕工法、垂直縫地工法等。

3.2.2 隧道擠壓變形

(一)擠壓變形原因之研判：

(1)地質因素

隧道開挖遭受不良地質環境形成擠壓變形，一般可分為：

(a)隧道開挖後，促使隧道結構承受擠壓變形之現象，導致已建 立之支撐系統變形趨大，甚至產生破壞。

(b)含有膨脹性成分或原有地層長期受高壓束當隧道開挖後岩 層接觸空氣或水分，產生回脹壓力，造成隧道結構額外之負 荷而產生擠壓變形。

(c)地層中如有軟弱構造如節理、層理、剪裂帶、斷層等，當隧 道開而產生擠壓造成超挖、抽心、支撐變形等。

(2)設計有關因素

(a)隧道形狀及支撐工與大地應力不配合：

選擇隧道形狀時，未考量配合應力變化而訂定最有利之隧道

形狀，或支撐工無法針對實際承壓荷重加以有效配置。

(b)設計之隧道結構閉合不確實：

在設計上不論頂拱、側拱或仰拱，應使其密切接合為一閉合 的拱結構，才能確實發揮最大的支撐力。

(c)二相鄰隧道間距不足造成應力集中相互干擾：

在不良地質下，二相鄰隧道開挖，因應力集中及開挖後解壓 而逐漸塑性化變形破壞。

(d)監測所得資料未能及時分析岩體變形行為：

當監測資料顯示隧道變形持續或加速惡化，即須做補強措 施、甚至變更設計，以使監測結果能回饋設計，維持隧道安 全。

(3)施工因素

(a)材料品質是否符合工程要求；

(b)支撐工程施工品質不良；

(c)施工時機.、施工步驟是否得當；

3.2.3 抽心落盤

(一) 抽心落盤發生原因研判：

山岳隧道施工中常發生的抽心落盤（如圖 3-1，3-2）究其 原因大多為構造性的岩體破壞及湧水所造成，其發生模式如下:

(1)開挖面周圍之岩體破壞，其破壞模式有四種 (a)於拱頂處因地質構造面交切造成之鬆動。

(b)自由岩塊或岩楔沿著鬆動構造面滑動而造成崩落。

(c)因構造面受開炸破壞形成開口裂面，將岩體切離。

(d)因岩體本身材質極差無法形成拱作用而整體坍陷造成落 盤。

(2)突發性大量湧水發生。

(3)隧道住址不良產生潛移現象。

(4)隧道穿越地層遇斷層帶。

(二) 處理對策︰

抽心落盤災害之發生，常伴隨湧水及岩體破壞而造成，其 主要因應對策如下:

(l)災害面速予施作噴凝土封面處理。

(2)遭遇湧水量大則需設置抽排水設施降低災害區段地下水位。

(3)在未抽心區段加強支撐系統。

(4)坍陷空洞岩盤內面表層與附近支撐區段施做補強鋼絲網噴 凝土。

(5)增加岩栓密度與長度。

(6)坍陷空洞內以回填灌漿或輕質泡沫灌漿處理。

(7)估判抽心區段是否需辦理固結灌漿或化學灌漿等予以地質改 良。

(8)復舊作業抽換已損毀鋼支撐，應配合打設先撐鋼材、環狀開 挖等方式進行。

(9)抽心災害區段除增打岩栓密度與長度外，需加強各項檢測。

(10)若遭遇開挖面極破碎且巨量湧水致復舊作業無法進行時，

則採用排水導坑工法先行導洩湧水，或另闢迂迴導坑至地下 含水層上游處以利排水。

以上所述，為便於參考，乃以表列方式（如表3-1）。

3.2.4 地下湧水

(一)地下湧水發生原因研判：

因大地應力及構造作用，造成甚多之不連續面及破碎帶，而 形成儲水層，若有部份不連績面如斷層帶、剪裂帶等連續性甚 佳，形成地下水體之連通水路，當隧道開挖穿過時常遭遇開挖面 難於自立造成開挖面抽坍、湧入大量泥碴及地下水噴流，並淘出 岩層中之細粒料，擴大岩層鬆弛範圍。

(二)處理對策：

對隧道施工遭遇湧水問題，應進行地質調查、排水工法與止 水工法。地質調查為獲取相關對策之基本資料，資料愈詳盡，愈 可提出有效之解決工法，若開挖面尚可自立，可採取排水工法，

若開挖面難於自立，則必須採用止水工法。以下針對各處理對策 說明如下:

(1)地質調查

(a)地質之補充調查。

(b)水文地質之調查。

(c)水平長距離鑽孔之探查。

(d)垂直深鑽孔之探查。

(2)排水工法

(a)排水導坑工法。

(b)水平方向鑽設排水孔工法。

(c)深井工法。

(d)點井工法。

(e)真空深井工法。

(f)真空水平排水孔工法。

(3)止水工法

(a)灌漿止水及導水工法。

(b)冰凍工法。

(c)壓氣工法。

3.2.5 仰拱破壞

(一)仰拱破壞發生原因研判

仰拱破壞可分為下列幾種因素如下:

(1)仰拱位於軟弱岩層。

(2)地盤低承載力。

(3)地下水入侵。

(4)擠壓性岩盤。

(5)應力集中產生裂縫。

(二)處理對策

(1)施工期間，將滲流水及施工用水導引至兩側邊溝或集中於中 央溝排出，勿使滲流水軟化仰拱，減低支持力。

(2)視需要設置仰拱岩栓，並儘速完成全斷面閉合，發揮拱圈作 用。

(3)仰拱混凝土澆置前，清除仰拱軟弱表土及積水，滾壓堅實。

(4)使用坍度較小的混凝土澆置仰拱並充分搗實。

(5)仰拱與側壁間之混凝土接縫應密接，可組立模型並充分搗實

。

(6)長距離打設仰拱混凝土，在適當距離處宜設施工縫。

(7)仰拱混凝土面下的滲水排除。

(8)仰拱有足夠的鋼筋與側壁連接。

(9)仰拱軟弱處灌漿補強。

3.2.6 沙泥流

(一)沙泥流發生原因研判

隧道穿越堆積層、風化岩層、破碎帶等未固結或固結度較低 之地層，若在地下水位以下時，有時會隨著開挖擾動，鬆弛區擴 張引起湧水將泥砂沖出，使隧道崩坍;或因地層軟化而引起支撐 下陷破壞。

(二)處理對策

隧道發生砂泥流湧入災害時，應先以噴凝土封晏以穩定地層 避免擾動區域擴大，破壞已完成之隧道。再檢討施工條件後選擇 地下水降低法或灌漿法。

(1)降低地下水位

降低地下水位方法計有排水坑、排水孔、點井法、深井法及併 用。

(2)灌漿法

灌漿之主要目的，在於止水及固結地盤，期範圍至少能夠經得 起水壓及土壓之範圍為宜。

3.2.7 岩爆

(一) 岩爆發生原因研判

(1)根據文獻資料，目前略知其發生乏最可能原因為下列三種條 件同時具備

(a)岩石為近似完全之彈性體，真有儲存巨量應變之能力。

(b)因某種引發效果，而到達局部破壞應力。

(c)破壞後岩石之剛性仍比周圍岩盤之剛性為大。

(2)岩爆之具體防治方法，在隧道開挖方面有下列三種 (a)超前鑽孔

預測即將發生岩爆之前，在開挖面上開鑿數孔直徑 60~80 公厘之鑽孔，孔深達10 公尺，以釋放岩體中之應力。

(b)超前支撐及緊跟襯砌

開挖工法採用上半短階先進，全段使用接觸式岩栓支撐，

及鋼絲網護頂，再緊跟二次襯砌混凝土，能收到滿意之結果。

3.3 隧道工程災害事故緊急應變及處理原則

3.3.1 緊急應變措施

隧道工程事故發生後，即由業主主導召開會勘，邀請各相關單位 一併參加。並對事故現場進行拍照、錄影、丈量、採樣等必要程序，

當會勘結束後，隨即研討並決定緊急應變方案，立刻進行處理（如增 加抽排水設施、地盤改良灌漿、補強支撐、落盤清除、抽心處理等）

以避免災害擴大。若無法按正常規定完成一切必要程序時，應在緊急 應變處理之同時，也須由監造及承商對事故現場進行拍照及記錄存 證。

3.3.2 相關單位因應處理原則

(一)主辦機關/監造單位處理原則與事項

(1)會同工程相關人員現場會勘，瞭解災情並研商緊急防止災變擴 大之安全處理措施，並拍照、丈量、記錄發生經過。

(2)如決定進入事故鑑定程序，則於三日內與施工廠商進行會商，

依程序籌組獨立之鑑定委員會。

(3)補充地質調查及鑽探、試驗，瞭解災變範圍及發生原因，作為 後續搶修處理之因應措施。

(4)工程介面責任釐清(依委託設計規範、工程契約、工程圖說及施 工說明書)。

(二)設計單位處理原則與事項

(1)配合業主現場會勘，拍照、丈量並記錄發生經過，提供安全處 理措施建議。

(2)原地質調查、工作環境及工程細部之說明。

(3)參與災變處理小組，共同研討因應對策，並負責整治工程變更 設計。

(三)監造單位處理原則與事項

(1)災變現場拍照、丈量並記錄發生經過，協助或指示緊急安全處 理。

(2)依特殊地質情況處理方式，指示廠商做補強設施，防止災變擴 大。

(3)詳實紀錄災變破壞情形，提報業主。

(4)提供災害釐清所需查閱之施工紀錄文件。

(5)參與災變處理小組，共同研討因應對策。

(四)施工承商處理原則與事項 (1)停止開挖，穩定現況。

(2)已開挖完成段補強支撐設施。

(3)嚴重災害應即時撤離施工人員

(4)通報業主與監造單位現場會勘，以利後續施工。

(5)配合業主指示，做初期緊急安全處理。並協助鑑定委員會進行 必要之蒐證工作。

(6)提出災害報告書。

(7)參與災變處理小組，並提供緊急搶修案例與建議。

3.4 隧道工程災害案例探討

3.4.1 案例(一)新北迴鐵路永春隧道工程巨量湧水事故處理案例探討 北迴雙線新永春隧道工程施工期間遭遇巨量地下湧水而造成 開挖面崩坍，已完成段掩埋而暫停施工。共同研討因應及處理對 策，(新永春隧道工程巨量湧水處理施工技術研討會，2003)案例 概述如下：

(一

北迴雙線新永春隧道為東改計畫擴建雙軌之鐵路單線隧 道，全長4433 公尺，於 87 年 10 月 24 日南口工作面距洞口 1,812 公尺處突發巨量湧水災變，湧水量曾高達80m³/min，並產生崩 坍 土 石 坍 流 掩 埋 已 完 成 隧 道 達 540 公 尺 ， 土 石 坍 流 出 約 22,000m³。湧水量長期持續維持 25~35m³/min 間並未停歇。

(二)巨量湧水因應處理對策

由於災害所產生之巨大湧水量，主隧道開挖作業於是停工 並討論因應處理對策。成立應變小組研訂處理原則及邀集產官

學廣徵意見，主辦單位除立即成立災變處理小組，以團隊集思 廣益處理模式，邀集設計、監造、施工、檢測等單位與廠商及 國內外學者專家參與勘查研討後，擬訂四階段處理流程原則如 下：

第 1 階段：改善洞內外排水以利施工動線暢通。

第 2 階段：逐段辦理坍方清理，採取適當安全措施，選擇地質 佳之位置做為迂迴坑開挖之起始點。

第3 階段：於西側迂迴坑內(NW8+150 附近)及東側迂迴坑施作 長距離水平鑽探，並據其探查成果研擬後續開挖及必 要之地質改良作業。

第 4 階段：於突破斷層帶後視湧水及地質狀況重新檢討永久保 固與排水設施。

同時再補充地表地質調查，以期瞭解災變範圍及發生原 因。研判隧道內復舊搶修已無法由原工作面直接繼續進行，應 另闢迂迴坑道，再進行坑內地質鑽探調查後始決定進行後續通 過湧水斷層帶之相關處置措施。故決定搶修計畫處理流程原則 分四階段執行，並為處理第四個原則提供了進一步的建議。

(1)清理土石與開闢西側迂迴坑

清理期間湧水量平均仍維持約45-50 m³/min 之間，並計 畫再清理約 100m 後於山側選擇適當地點作為山側迂迴坑出 發位置。至清理長度至 350m 時，湧水量出現異常變化，且 再度坍流大量土石後又坍回第一次土石坍掩穩定處，湧水量 亦曾高達56 m³/min，約估坍流出土石為 7,000m³，連同第一 次坍流出土石總共約22,000 m3 如圖 3-3 所示。由補充地表地 質調查初步成果初判顯示，在原主隧道修復突破將甚為困

難。故決定將西側迂迴坑作線形部分修正繼續施工如圖 3-4 所示。

(2)補充地質調查、水文調查成果與研判：

為期瞭解新永春隧道於里程 N8+058 處突發性湧水之原 因，追加辦理之補充調查工作，瞭解區域降雨量與隧道湧水 量亦無明顯直接之關係，因此研判隧道內湧水與廣域地下水 補助或地下水脈較為密切。且由水平長距離鑽探，顯示高壓 湧水區段平面地質圖（如圖3-5 所示）。

(3)路線改移方案

經由綜合研判分析及採納學者專家建議，考量後續施工 之可行性、風險性、安全性、經濟性等因素，決定改移至東 側路線施工，並將原主坑與西側迂迴坑作為長期排水廊道使 用，以確保改移段之主線避免受湧水干擾如圖3-6 所示。

(三)突破高壓湧水段處理對策

(1)高壓湧水段施工主要採取策略

高壓湧水區段處理以「遠排近灌」、「先撐後挖」、「隨挖 隨襯」為理念，以確保後續開挖能順利進行，高壓湧水段施 工主要採取策略如： 迂迴坑繼續進行大口徑排水、阻水灌 漿 、補強岩體灌漿 、施作管幕工法以防斷層段或破碎岩盤 崩坍 、加強鋼支保 、縮短輪進距離 、將隧道斷面由馬蹄形 改為正圓形、後續長期監測系統之建立

(2)洩水降壓處理措施。

主要採行處理措施項目如圖 3-7 所示，於西側迂迴坑

（NW 線）鑽設大口徑排水孔洩水降壓（計 26 孔，2,970m）， 由於其斷面較小且先行開挖貫通，因此能藉以分擔後續主隧

道施工通過高壓湧水段之風險。

3.4.2 案例(二)北二高中和隧道落盤及擠壓事故處理案例探討 (一)工程概述

北部第二高速公路計畫，包括主線、台北聯絡線及內環線，

總長約117 公里，穿越之地區主要由海拔二百公尺以下之丘陵山 坡地形所構成。本隧道為單向三車道雙孔隧道，分為北上線與南 下線，長度分別為 798m 與 837.5m。隧道主線斷面計有三種，

分別適用於有仰拱段、無仰拱段及明挖覆蓋段。雙孔隧道間設有 兩處人行橫坑，提供特殊緊急狀況時，用路人逃生避難之用。

本隧道工程採NATM 工法，開挖方式則以台階法(Bench Method) 進行，而台階之長度則依外襯砌閉合時期或上半階(Top-heading) 開挖之工作性(開挖、支撐架設、出碴、機具特性等)而定。隧道 之開挖採平滑開炸(Smooth Method)方式，以避免對周圍岩體產生 過大之擾動;而上半階開挖輪進長度則依現場地質師依實際地層 條件做適當之彈性調整。

本隧道工程於施工期間所進行之岩體分類作業 ，係採用定 性 法 則 之 Rabcewicz-Pacher 分 類 法 ， 兼 併 輔 以 計 量 法 則 之 CSlR-RMR 值及 NGI-Q 值等兩分類法加以校核。

(二)隧道抽心及擠壓災害

民國 82 年 3 月中旬，進行北上線內侵斷面整修工作時，即 於上半部頂拱左上方(由北口向南)發生局部岩石坍落現象，雖 經採鋼絲網及噴凝土補強，但仍無法有效穩定岩石掉落，北上 線共計崩塌範圍為 72 公尺，即里程 22K+285.2~357.2;南下線亦 因受北上線崩塌災害之影響，計長 117 公尺，亦發生鋼支保扭

曲變形、隧道頂拱噴凝土受壓變形、龜裂及剝落現象，同時此 路 段隧道兩側壁下半部亦有擠壓破壞情形。

依隧道開挖完成之地質繪圖記錄及鑽孔岩心性狀圖，將北上線 崩塌段之剪裂帶及破壞情形沿隧道縱向描繪如圖 3-8 所示，乃 沿隧道里程橫向切兩剖面分別描繪岩層破壞模式，分別如圖3-9 及圖3-10 所示。資料顯示北上線之坍落範圍擴延至隧道頂拱上 方約30 公尺處，左右兩側之影響範圍則受兩組剪裂帶所控制而 形成一狹長帶狀區域，寬度約為隧道直徑之兩倍。南下線因北 上線之崩塌所引起。依開挖完成之地質繪圖及鑽孔岩心柱狀 圖，繪製沿南下線擠壓段縱向地質剖面圖，如圖 3-8 所示，而 擠壓模式則如圖3-9 及圖 3-10 之橫向剖面圖所示。擠壓之延伸 約達隧道頂拱上方約 20 至 30 公尺處，岩體之形成多屬已遭擠 破之白砂岩層。

(三)處理方法與因應方案 (1) 概述

為了確認中和隧道災變後地盤內空洞之規模及位置，必 須進行空洞調查，然後進行空洞之填補。由隧道內實施鑽探，

以確認空洞的位置及大小，並掌握地盤內發生之空洞狀況。

由鑽探結果推估，隧道上方可能存有 6500m³(約 72m×90m²) 之空洞。空洞如不迅速填補，隧道周圍之鬆散領域(Loose Area) 將持續擴大，除增加隧道再次落盤或崩壞之危險性外，可能 使影響範圍漸及地表，造成地面上建築物之龜裂。如能充分 掌握空洞之狀況，應隨即進行空洞之填補工作。填充材料以 氣泡水泥砂漿為(Air Motar)主，再視填補狀況，選擇適當之 水泥漿(cement milk)、水玻璃系(water glass)藥液等，進行空

洞之填充灌漿(fill grouting)。空洞之填充灌漿施工順序如下:

(a)隧道內崩落土砂前構築一道擋牆，厚度約 2m 左右，以為 灌漿之支承壁(如圖 3-11 所示)。

(b)擋牆與崩落土砂之空隙以混凝土填充。

(c)對落盤所形成之空洞進行填充灌漿。

(2) 北上線崩塌段臨時補強措施

(a)補強區間之決定:以落盤區間之前後 l0m為主，再加上施工 中觀察到地質較差之區間。

(b)對隧道周邊之灌漿補強:灌漿範圍，以隧道周邊 4~6m 範圍 為原則，灌漿材料以LW 為主。

(c)隧道內之補強:灌漿完畢後，則進行隧道內之補強。首先架 設厚重支保(H-200)，支撐間距為 1.0m，再以鋼支保進行閉 合。支保與文保間以噴凝土進行補強，並打設岩栓及設置 計測儀器，對支保之應力一應變行為進行監視。

(3) 南下線擠壓龜裂段臨時補強措施

(a)臨時支撐:南下線因受北上線落盤之影響，有長達 117m 之 區間發生變形，且變形仍持續發生，隧道內緊急架設支撐，

以穩定隧道變形，支撐係採充滿混凝土之鐵筒，以支撐隧 道頂拱。

(b)補強區間之決定

(i)變形區間前後各 10m 及變形區間。

(ii)北上線與南下線間之地盤。

(iii)施工中觀察所得地質較差之區間。

(c)對隧道周邊之灌漿補強:灌漿範圍以南下線周邊地層及兩 隧道間地層為主，灌漿材料以LW 為主。

(d)隧道內之補強:灌漿完畢後，則進行隧道內之補強。由於隧 道之變形非常嚴重，故必須以較厚重支保(H-200)進行補 強，支保間距 1.0m，支保以鋼支撐進行閉合，支保與支保 間以噴凝土進行補強並設置岩栓及設置計測儀器，對支保 之應力-應變行為進行監視。上述工作完畢後，始可進行空 洞之填充灌漿。

(4) 修復及補強處理

地盤鬆動範圍研判與考量，由於北上線主要受數條剪 裂、二組節理及劈理切割，加上隧道頂拱上方岩盤中之煤 層曾被採掘，形成廢坑道之影響。另外由鑽探調查結果研 判，地盤鬆動影響範圍高達30M 左右，寬約隧道直徑之兩 倍，崩落岩體為破碎頁岩、砂岩。南下線主要受擠壓影響，

厚度約達頂拱上方 20~30M 間，受影響岩體為破碎頁岩及 局部軟弱砂岩。

3.4.3 案例(三)南迴鐵路大鳥隧道工程湧水、抽心事故處理案 例探討

(一) 工程概述

大鳥隧道位於台東縣太武鄉大鳥溪與加津林溪之間，鄰近 南迴公路，呈南北走向，係單線隧道，全長3,652 公尺，馬蹄 形斷面，淨高6.01 公尺，淨寬 4.96 公尺，覆蓋層厚 8 至 160 公 尺，隧道所經地層多半由片狀板岩及硬頁岩夾軟泥所構成，岩 性較脆弱，部分岩層的劈理及層理位態變化很大，顯係經過強 烈擠壓而褶皺變形。隧道的中段地下水奇豐，致湧水層出不窮

，尤以北口為甚，倍增施工困擾。南段地質較為破碎，且自立

性甚差，施工期間遭遇大小抽心數十處，幸賴施工單位搶得機 先，施噴並予回填噴凝土補強，並於擠壓段作加固支撐處理，

始有效完成開挖斷面的穩定，讓施工人員得繼續向前施工。大 鳥隧道於民國七十五年一月二十八日，自南北口同時開工，為 南迴鐵路的第四座長大隧道，採用新奧工法施工，南口部分有 兩段半徑800 公尺及 1000 公尺的曲線，坡度南段為千分之 8 上 坡，北段為千分之5 下坡，施工時採自然排水，整個工程於民 國八十一年一月十五日完工。

(二) 地質概況

(1)大鳥隧道開挖面的地質，依 CSIR 岩體分類，以 CSIRIV~V 級佔大多數 ，岩體評分總值(RMR 值)皆小於 60 分，新奧 工法則以B 種佔 59%， A 種佔 40%。

(2)湧水段地質，主要為破碎硬頁岩偶夾變質砂岩及剪裂泥，強 大的 水壓 夾雜著頂拱破碎岩塊及軟泥，沿著 劈理面滑落

，並造成頂拱抽心，壓毀開挖面附近的鋼支保，代表性地 段 為南口K45+837 至 K45+874 問及 K46+314 的湧水量估計約 為每 分鐘 6 噸，北口 K47+675 的湧水量最大約達每分鐘 10 噸，K47+586 的湧水夾帶大量的破碎岩塊造成抽心及擠 壓現象。

(3)異常擠壓段的岩性，多為粘土夾雜極破碎的硬頁岩所組成，

局部出現的硬頁岩均有扭曲或剪動的現象，且其不連續面中 亦夾有粘土、細砂等充填物，致使岩體強度極弱，自持力甚 差，地質狀況相當惡劣，實乃位於一強烈的褶皺帶中。地表 亦有大規模滑移的跡象，施工時開挖面均有少量的摻水現象

，再加上施工廢水及開挖後解壓的影響，導致粘土吸水膨脹

，岩壓增大，形成擠壓性岩盤，亦即岩體缺乏足夠強度，以 抗衡開挖後的應力集中，故其變形持續擴大，產生更多的破 壞現象。本區段以北口K46+930~K47+ 364 問的最為明顯。

(三) 工程內容

(1)第一期工程包括南北口洞門、明挖段、及本體開挖 380 公尺

，南口部份尚包括部份路基及大鳥村道改移工程。

(2)第二期工程包括隧道本體施工 3,272 公尺，全部採新奧工法 施工， 大鳥豎坑銜接處理及洞內兩側排水溝加高處理等。

(四) 特殊地段處理

(1) 南口部份：

災害發生概況(一)

K45+826~K45+840.9 間，民國七十七年三月間自 K45+817.8 開始開挖面逐漸出現剪裂帶，岩盤有褶皺現象，

故每輪均打設 5 至 10 支三公尺長前進銅筋或銅管，開挖時仍 發生數次小規模之坍落，依檢測資料顯示，該處的變位速率 曾高達 24.1 公釐/日，鋼支保亦有下陷及扭曲現象。

處理對策：

(a)首先用四根 H-125 塑鋼縱向焊接在頂拱鋼支保上，使該處 8 對支保運在一起加強斷面支撐力。

(b)在下半斷面支保腳處用噴凝土加以補強。

(c)淨空不足處，分上下半鋼支保逐組予以修挖復建。

災害發生概況(二)

K45+837.6~K45+874.6 間，民國七十七年四月間，本區 段開挖進行期間出檢測資料獲知有嚴重的擠壓現象，尤其在 K45+854.2 計測斷面曾於一天內變位 138 公釐，雖立即以型

鋼加固及固結灌漿處理，惟變位速率平均仍大於50 公釐/日

，其後開挖進行至K45+874 時突然大量湧水，造成山側頂拱 大量抽心，其深約 4 公尺，水壓甚大，故持續坍落。

處理對策：

(a)打設 12 支 3 公尺長之上仰前進鋼管，2 支 5 公尺長鋼軌

，3 支 5 公尺長 H100 型鋼，2 支 3.5 公尺長 H100 型鋼

。

(b)安裝∮5MM 銅絲網，並以噴凝土回 填，但因湧水太大

，回填無效，改 採用矢板將斷面封住。

(c)鑽孔進行固結灌漿。

災害發生概況(三)：

K46+714 處於民國七十八年四月二十七日開挖面前進至 K46+314 處時，湧水量大增，估計約為每分鐘六噸，強大水壓 夾雜著頂拱破碎岩塊及軟泥，沿著劈理滑落，造成頂拱約 20 立方公尺的土石方坍落，並壓毀開挖面附近鋼支保。

處理對策：

(a)將湧水排離開挖面。

(b)進行固結岩盤及加強支保支撐力。

(c)支撐型式採用新奧工法 A 種，鋼支保採用 MU2l 可縮型 鋼支保，間距為80 至 100 公分。

(d)開挖方式採頂拱先進，把上半斷面分區開挖，且在開挖 前先打設重型前進支撐材料，如 H125 型鋼、鋼軌、槽鋼 等，並於前進支撐下以枕木支撐。

(e)開挖後立即施噴噴凝土，掛鋼絲網，架設頂拱上半截 U 型鋼支保，經再一次噴凝土後，再進行下半截鋼支保的修

挖作業。

(f)K46+325 處實施化學灌漿處理。

(2)北口部份

災害發生概況(一)

K47+599~K47+594 間，民國七十七年四月開挖中山側發 生嚴重擠壓，並有湧水現象，山側支保位移，噴凝土面龜裂

，復因湧水大量噴出，產生嚴重坍落，導致鋼支保6 組壓毀

，並產生位移。

處理對策:

(a)鑽設排水孔，減輕水壓。

(b)型鋼加固支保。

(c)上下斷面開挖暫停，進行固結灌漿 (d)進行鋼支保之重建工作。

(e)變更工法改採上半導坑法先進施工突破湧水段。

災害發生概況(二)

K46+930~K47+365 間，本區段施工期間，開挖而遇鬆軟 岩質及斷泥層，經淨空變位檢測，測得變形量異乎尋常，造成 己完成開挖斷面(尚未收斂及末襯砌部份)嚴重變形，發生上、

下半斷面支保接頭斷裂及側壁支保內移及淨空不足現象，已完 成之仰拱部份有隆起現象。(詳圖 3-12、3-13)

處理對策:

(a)設置作業用工作台。

(b)打設上半前進鋼棒或鋼管，如周邊 岩盤仍不安定時，則 採用「岩盤改良岩盤加固等工法」。

(c)上半鋼支保兩側加縱向支撐，下半起供線處逐組再加橫撐

。

(d)上半環狀開挖。

(e)上半首次噴凝土。

(f)上半鋼支保組立採用 H150 或 H175 重型鋼支保。

(g)上半變形鋼支保撤除及開挖。．

(h)鋪設鋼絲網及第二次噴凝土。

(i)打設岩釘。

(j)下半開挖及仰拱綱支保部份開挖。

(k)下半首次噴凝土及下半鋼支保組立。

(l)鋪設鋼絲網及第二次噴凝土。

(m)打設岩釘。

(n)仰拱開挖及混凝土澆置，含噴凝土及岩栓打設。

(o)檢測變位。

本區段修挖重建施工情`況詳表 3-2。分為(A)、(B)、(C)、(D)

、(E)共五區分別詳列其修改資料如圖 3-14 及 3-15。

3.5 小結

（1）隧道工程災害發生主要因素可分人為因素及地質因素所造成，

如對開挖地質錯誤評估而選用不當的支撐斷面，或延誤支撐時 效，再是軟弱地層如斷層、剪力帶因滲湧水削減岩體之自立性 致開挖面抽心坍塌，已完成段則因岩體擠壓支撐變形或坍塌。

所以依岩體分類適時改變開挖工法及支撐斷面配合輔助工法施 工，再由監測數據分析開挖支撐後之隧道變化行為及早採取補 強措施，是防止隧道災害發生的有效方法。

（2）由隧道災害及處理案例中瞭解每件事故發生皆位於地質軟弱 帶，其災害程度與適時防治及處理方式有極大關係。雖然在工 程設計初對特殊地質一般會有考量處理模式，但因地質弱面實 際位置難以掌握，靠現地開挖岩體露面及監測數據依工程經驗 做專業判斷，才能減少災害發生，但往往因忽略其重要性而造 成災害。如因趕工或限於設備預算不願改變工法進行地質改良 (輔助工法採先穩定後開挖)而勉強開挖等因素，終造成隧道支 撐不足而發生災變。

表3-1 常見之隧道洞口段工程問題與對應之處理對策

(摘自山岳隧道工程設計與實例手冊，1999)

洞口段工程 問 題

處理對策

偏土壓 地盤承載力 隧道開挖面頂端崩壞 湧水 地表下陷 鞋面崩壞 地層滑動

回填土方 ◎ ◎

側抱式擋土牆 ◎ ◎

地錨 ◎

邊坡補強岩栓 ◎

垂直界面岩栓 ○ ◎ ◎ ◎

擋土排樁 ◎

邊坡噴凝土 ◎

地盤改良工法(地表) ○ ◎ ◎ ◎ ○

地盤改良工法(隧道內) ○ ○ ◎ ◎

隧道內排水 ○ ◎ ○

封面(錨栓、噴凝土) ○

仰拱閉合 ◎ ◎ ○

前進支撐 ◎ ○

上半擴座基礎 ◎

處理效果 ◎大 ○小

表3-2 大鳥隧道北口：修改區段統計表 (摘自南迴鐵路工程輯，1992)

工法 NATM NATM NATM NATM NATM

區間 A B C D E

鋼之保編號 #1409~#1109 #1110~#1201 #1295~#1316 #1360~#1432 #1423~#1435

里程 K47+365M~

K47+305M

K47+304M~

K47+213M

K47+121M~

K47+100M

K47+034M~

K46+961M

K46+980M~

K46+978M

修改區間長 L=60M L=91M L=21M L=73M L=2M

修改全長 L=247M

支撐情況

鋼之保：

H=125 噴凝土：

岩釘：L=3-4M 仰拱：混凝土 澆置完成

鋼 之 保 ：H125 H150

噴凝土：

岩釘：L=3-4M 仰拱：混凝土澆 置完成

鋼之保：H150 噴凝土：

岩釘：L=3-4M 仰拱：混凝土澆 置完成

鋼之保：H175 鞍座型 噴凝土：

岩釘：L=3-4M 仰拱：混凝土澆 置完成

鋼之保：H150 噴凝土：

岩釘：L=3-4M 仰拱：混凝土澆 置完成

施工後的加 強支撐

支 柱 ：H 鋼 (H=125)

支 柱 ： H 鋼 (H=150) 臨 時 混 凝土(海側)

支 柱 ： H 鋼 (H=150)

支 柱 ： H 鋼 (H=150)

支 柱 ： H 鋼 (H=150)

變形的狀況 (必要修改

部分)

1上半 45^。以 下擠出 2下半：全面

擠出 3

1上半：全面擠 出

2下半：全面擠 出

3仰拱混凝土：

岩盤膨脹

1上半山側：

擠出 2下半海側：

大變形 3下半：

全面擠出

1下半：

全面擠出 (海側方面比較 大些)

1下半：

全面擠出

其他

1上半 45^。以 上：不必要修 改

1臨時混凝土：

必要撤除 2仰拱混凝土：

必要撤除

1上半不必修改 1上半不必修改 1上半不必修改

變形概要圖 復舊斷面 變形斷面

圖 3-3 初期湧水崩坍情形

圖 3-4 西側迂迴坑示意圖

+400 +350

N8+355.69 +350 +300 +150

+200 +100

+050

+250 +120

8 06 0

綠 泥石 片岩 與黑 色片 岩 大 理岩 與黑 色片 岩互 層 Ⅲ_Ⅱ

Ⅴ

Ⅳ

往 宜蘭

原 有主 坑

角 閃岩 區 Ⅲ

Ⅱ Ⅲ Ⅲ Ⅱ Ⅱ Ⅲ

Ⅲ

Ⅱ Ⅲ

N8+074.7

N8+355

大 口徑 排水 孔

+300 +200

+100

+250 +150

+050

N E1線

NW2

N 8 + 0 5 8 湧 水 處 N E線

原 有 本 坑 東 行 迂 迴 坑

西 側 迂 迴 坑

圖 3-5 湧水區平面地質分布圖

圖 3-6 施工路線改移平面圖

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"

"

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圖 3-7 湧水區段施工示意圖

圖 3-8 中和隧道北上線崩坍段

地質剖面圖

(摘自國道工程建設研討會 2003)

圖 3-9 中和隧道北上線崩坍段(22k+300)南下線(22k+286 地質剖面圖

圖 3-9 中和隧道北上線崩坍段(22k+300)南下線(22k+286) 地質剖面圖

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圖 3-10 中和隧道北上線崩坍段(22k+345)南下線(22k+331)

地質剖面圖

圖 3-11 中和隧道南下線擠壓段(22k+220-380)地質剖面圖

(摘自國道工程建設研討會 2003)

圖 3-12 AK47+309〜+205 間剛支保側璧擠壓變形

示意圖

圖 3-13 AK47+120〜AK46+981.6 間剛支保側璧擠壓變形

示意圖

圖 3-14 AK47+309.6〜AK46+981.6 間擠壓段修挖重建施工

順序圖

圖 3-15 大鳥隧道北口修改區段 B C D E 區復原斷面圖

(摘自南迴鐵路工程輯，1992)