碩 士 論 文 中 華 大 學

碩 士 論 文

題目：台南科學園區減震壁施工方式之探討

A Study on the Construction Method of the Vibration Isolation Wall of Tainan Science Park

系 所 別 ： 土 木 與 工 程 資 訊 系 學號姓名：E09204010 陳有方 指導教授：徐增興 博士

中 華 民 國 九 十 五 年 二 月

在研究期間 承蒙指導教授徐增興博士費心指導；對論文中各 項觀點提出質疑多次大幅修正，以至於遣辭用字表達方式均一一 悉心修改；系主任邱垂得博士更是經常當面討論指導查閱相關資 料論文寫作方式，方能在此期間完成本項研究。

論文口試審查委員張奇偉博士係中華大學土木工程系前任系主 任、劉慶豐博士現任交通部鐵路改建工程局總工程司，對論文提 出許多審查意見及指正本人亦已修正納入；使論文更為連貫完整。

除此之外，在研究期間獲得許多同學、朋友幫助蒐集資料提供

意見，雖未一一列舉大名但是對於這些幫助將深記心中。

高鐵高架橋段路線經過台南科學園區東側長約 4.5 公里。台南科學園區發展與台 灣高速鐵路興建兩項重大經濟建設面臨「高鐵振動」之共同困擾，高鐵及南科園 區針對高鐵振動問題尋求解決方案，各方提出的解決方案在實際工程中未必適 當、適切，尤其在經費成本考量上未必能夠接受。政府部門、產業界及學術界的 相關研究報告，大致涵蓋工址振動量評估、振動來源分析、地盤振動傳播模擬減 震、防振策略研究四大範疇，最後決定同時採取二種減震方式；其一是在振源與 南科園區之間施築一道複合式減震壁，其二是高鐵高架橋敦的加勁構造。

各項相關研究中因未針對工程品質對減震效果的敏感度加以分析，此類研究基本 上減震效果是假設在工程品質合於規範的基礎上，現行的的施工步驟是否能確實 安裝橡膠墊未見進一步研究。本研究參考以往連續壁施工過程中發生的狀況；推 敲複合式減震壁施工所可能遭遇的困難。經比較現行施工步驟後可知隔振橡膠墊 安裝為主要困難所在，並提出改良施工步驟以順利安裝減震壁鋼筋籠及隔振橡膠 墊；同時也提出隔振橡膠墊的形狀之建議及利用橡膠墊粗糙表面以達到振波散射 增加減振的效果。

關鍵字：南科園區 減震壁 複合式減震壁 隔震橡膠墊 隔振施工步驟 吊裝橡膠墊 橡膠墊形狀

台南科學園區減震壁施工方式之探討 目 錄

第一章、研究動機

1.1 台南科學園區... 1

1.2 相關研究... 2

1.3 減震目標... 3

1.4 現行工法... 3

1.5 改良施工步驟... 4

第二章、文獻回顧

2.1 波傳理論 ... .6

2.2 南科相關研究 ... .8

2.3 施工方法 ... 12

第三章、現有方案探討

3.1、台南科學園區及其背景簡介 ... 14

3.2、現行規劃施工方法 ... 18

3.3、減震方式...19

3.4、規劃建議之隔振施工步驟 ... ....32

3.5、隔震橡膠墊與鋼筋籠同時吊裝之施工步驟....41

4.1 改良施工步驟 ... .51

4.2 主要差異 ... .60

第五章、結論與建議

5.1 結論 ... .62

5.2 建議 ... ....63

表目錄

圖目錄

圖 3-2、台南園區示意圖 ... 16

圖 3-3、高鐵跨越台南科學園區鳥瞰圖 ... 17

圖 3-4、連續壁施工流程圖 ... 23

圖 3-5、連續壁施工示意圖 ... 24

圖 3-6、施工機械─

殼式抓斗

圖 3-7、施工機械─

旋切式切削機

圖 3-8、皂土液回收場混凝土坍度試驗 ... 27

圖 3-9、連續壁鋼筋組立 ... 28

圖 3-10、超音波檢查連續壁溝槽 ... 28

圖 3-12、連續壁鋼筋組立 ... 29

圖 3-13、吊裝鋼筋籠...30

圖 3-14、鋼筋籠搭接 ... 31

圖 3-15、連續壁大肚子現象 ... 31

圖 3-16、 施做導溝 ... 33

圖 3-17、開挖寬 1.2m 深 4.5m 連續壁溝槽 ... 34

圖 3-18、連續壁坍孔現... ... 35

圖 3-19、吊裝連續壁鋼筋籠 ... 36

圖 3-20、連續壁灌漿 ... 37

圖 3-21、施做隔振橡膠墊導溝 ... 38

圖 3-22、開挖寬 0.6m 深 15m 隔振橡膠墊導溝槽 . 39 圖 3-23、先在槽溝內安置套統再將隔振橡膠墊安 裝於套統內 ... 40

圖 3-24、吊出鋼套統時隔振橡膠墊不易定位 ... 41

圖 3-25、施做導溝 ... 43

圖 3-26、開挖寬 1.2m 深 4.5m 連續壁溝槽 ... 44

圖 3-27、施做隔振橡膠墊導溝 ... 45

圖 3-28、開挖寬 0.6m 深 15m 隔振橡膠墊溝槽 ... 46

圖 3-30、連續壁灌漿 ... 48

圖 3-31、在 15 公分縫隙中回填沙或 PC ... 49

圖 3-32、隔振橡膠墊安裝不易定位 ... 50

圖 4-1、施做導溝 ... 52

圖 4-2、開挖寬 60 公分、 深 15m 隔振橡膠墊溝槽 52 圖 4-3、吊裝鋼架以鋼架為開挖連續壁溝槽之導溝壁 53 圖 4-4、 施作連續壁導溝 ... 54

圖 4-5、開挖寬 1.2m 深 45m 連續壁溝槽 ... 55

圖 4-6、吊裝連續壁鋼筋籠 ... 56

圖 4-7、吊出鋼架 ... 57

圖 4-8、安裝隔振橡膠墊 ... 58

圖 4-9、連續壁灌漿 ... 59

圖 4-10、彈簧片詳圖...61

圖 4-11、建議隔振橡膠墊形狀. ...61

參考文獻

第一章 研究動機

1.1 台南科學園區

高鐵路線於 81 年 6 月 25 日奉行政院核定，其後於 84 年 1 月，台南科學園區決定設於 現址。高鐵高架橋段路線經過園區東側長約 4.5 公里。台南科學園區發展與台灣高速 鐵路興建兩項重大經濟建設所面臨之「高鐵振動」之共同困擾。以致高鐵及南科園區 須針對高鐵振動問題尋求解決方案，83 年『交通部高速鐵路工程局』之前身-『交通 部高速鐵路工程籌備處』對高速鐵路日後行車所可能產生之振動進行初步環境影響評 估。一般振動量測的參數為位移、速度或加速度，通常低頻振動(100Hz 以下)以量測 振動位移為主，中頻振動(100~1000Hz)以量測振動速度為主，而高頻振動(1000Hz 以 上)以量測振動加速度為主。當時提供相關振動量大小數據之單位採以『加速度』表示，

與晶圓廠檢測用的標準單位一般習慣引用『速度』不同，國科會根據該份環境影響評 估報告結果，認為不至於有嚴重影響，做出選擇南科開發計畫草案，實際上晶圓廠對 於高鐵行車所可能產生的振動無法接受。

80 年初因為華邦電、矽統科技先後表示退出南科之後，部分原本有意進駐南科的廠商，

在歷經高鐵振動議題後，對於在南科設廠的意願紛紛轉變為抱持保留的態度。高鐵振 動是南科與高鐵所共同面對的問題，為了推動南科園區計畫發展電子科技，必須將高 鐵振動值減低至晶圓廠能夠接受的範圍，長期以來相關單位間不斷的努力與協調，仍 然面臨許多困難，最根本的方式就是減低振源，然而卻也是最不可能的方式。雖然各 方及時的努力提出其他解決方案，例如提出縮短高架橋跨距為 6 米、興建土堤、地盤 改良等建議，但是諸多方案在實際工程中未必適當、適切，尤其在經費成本考量上未 必能夠接受。

1.2 相關研究

為了解決高鐵振動對南科影響的問題，政府部門、產業界及學術界進行多項研究，尋 求在工程技術上可行且符合經濟務實的減震方式，所提出許多相關研究報告，大致涵 蓋四大範疇：

（1）工址振動量評估：國家科學委員會（2001）¹委託於南部科學園區內進行之現地 振動衰減試驗，試驗結果，地層衰減係數α 值在較低頻率(2~8Hz)時較小，平均 約為 0.002，而在較高頻率時，則大致隨頻率之增加而漸增。至於所挖掘之 3m 深、20m 長之槽溝則無法有效地降低其後方 30m 範圍內之地表振動，尤其是低頻 的部分，槽溝存在與否似乎沒有影響。

（2）振動來源分析：楊永斌²（2001）以有限元素和無限元素的混合模式法模擬分析 高速列車在不同行車速度下，引致之土壤傳遞現象；林宏達、朱聖浩³（2001）針 對高速鐵路可能引起的車橋共振問題進行分析；潘濬瑋、郭振銘⁴（2004），針對 軌道結構組成對振動之影響進行研。

（3）地盤振動傳播模擬：陳正興、朱惠君⁵（2001），以人工振源激發地盤之振動，並 於振源不同距離處量測地盤之振動歷時。

（4）減震、防振策略研究：蔡佩勳、陳振昌⁶（2002）考慮開口槽溝對高速列車的震 波阻隔效應，研究結果顯示，基礎型式、槽溝寬度對震波阻隔效果之影響不大。

同一種槽溝尺寸之震波阻隔效果隨頻率之增加而增加。在中低頻率時，阻隔效果 隨著槽溝深度的增加而增加，槽溝的位置對震波阻隔效果的影響幾乎可以忽略。

在低頻率時，槽溝幾乎無減震效果。但在槽溝深度等於30m 時稍具減震效果，此 結果隨槽溝與震源距離之增加而越明顯。蔡佩勳、陳振昌⁷（2003）填充槽溝與板 樁式槽溝的震波阻隔效率之研究，以填充槽溝與板樁式槽溝作為震波阻隔，探討 槽溝後方土壤地表位移振幅大小。針對填充槽溝與板樁式槽溝之幾何形狀參數、

填充槽溝與板樁式槽溝與震源之距離以及土壤與填充槽溝填充材質間的阻抗 比、剪力波波速比、密度比與板樁式槽溝之板樁材質(鋼板、木板)等加以探討。

分析結果得知，在經濟、有效之考量下，混凝土填充槽溝的深度、寬度及震源中 心之距離與應雷利波波長間之比例關係。對於土壤與填充槽溝材質間之相關影響

參數來說，土壤與填充槽溝材質間之阻抗比差異越大，對於震波阻隔效果越佳。

填充材料如果具有相同剪力波速，則其震波阻隔效率約略相同。板樁式槽溝之設 置位置對於震波阻隔影響可以忽略，而板樁式槽溝之幾何形狀對於震波阻隔影 響，則因板樁材質不同而有所差異。

1.3 減震目標

據中華資訊網 2003/09/05 轉述：國科會南科的減震目標是把距離高鐵路線二百公尺處 的振動值，從高鐵通車後的六十八分貝（台灣高鐵公司已承諾協助減震到六十五分貝）

降到四十八分貝。但根據參與競標的二家廠商各自提出的減震工法在南科實地測試結 果，皆無法達到四十五分貝的減震目標。二家廠商在低頻干擾方面的減震效果雖然不 好，但也不能因此就不做減震，國科會副主委謝清志指出招標結果演變成「只能找到 比較好的方法，而不是有效的解決方法」。

國科會委託規劃案得到的結論提出的減震工法，建議同時採取二種方式；亦即除了將 高鐵基礎加勁以減低低頻振動，並且在鄰近高鐵附近增設一道平行高鐵路線方向的混 凝土及橡膠隔振牆，以減低列車通過南科所產生的高頻振動，加強減震效果。

1.4 現行工法

依據國科會委託之『台南科學園區減震工法規劃案 ⁸』（2005）建議同時採取二種減震 方式；其一是在振源與南科園區之間施築一道複合式減震壁，其二是高鐵高架橋敦的 加勁構造，橋樑基礎的加勁構造主要是藉由基礎的加勁作用來改變反應頻譜 ，並將原 僅由樁基礎承受之點振源分散成表面線振源，以降低振波由地下深層傳播的能量。經 現場模擬試驗並以 SASSI 軟體分析土壤結構互制問題獲致以下結論：（1）基礎加勁對 減震效能之影響：加勁程度越佳對低頻振動減震之減震效果越佳；由試驗當中對單根 基礎加勁及三根基礎加勁效果之比較，當採完全加勁時對低頻振動亦可提供有效之減 震效果。（2）全面減震工程之減震效能：當多根基礎一起加勁且減震壁有足夠長度時，

如三根基礎加勁及 145 公尺長之彈性減震壁，對平行車行方向出力引致之低頻振動

（1.8H^Z~3H^Z）亦可達到 7.4dB 至 14.6dB 之減震效能，以上是單樁激振分析之結果。（3）

減震有效範圍：當基礎充分加勁後彈性減震壁的長度越長，可保護的有效減震範圍越 遠；如三根基礎加勁及 455 公尺長的彈性減震壁，於 3H^Z之簡諧力（20T）作用下，1000 公尺遠處的地表可降 6dB 左右。

為尋求更經濟且有效的減震工法（台南科學園區減震工法規劃期末報告），經重新檢討 原規劃之雙連續壁彈性減震壁改良為『單壁彈性減震壁』，初步規劃連續壁深度約為 40~50 公尺，厚度約為 1.2~1.6 公尺，彈性減震材深度約為 15-20 公尺，厚度約為 0.6 公尺，規劃報告建議的連續壁厚度 1.2m，一如國科會先前的說明此種方式只是比較有 效，並不能達到國科會要求的減震目標，因此減震壁工程品質的敏感度相對提高。

所謂減震壁，究其結構方式就是所謂的連續壁，只是這一次的唯一功用是在於加強減 震效果，在此之前似未有以連續壁做為此種用途，比較特殊的是在連續壁的一側再裝 設一道橡膠隔振墊，規劃報告提出的施工步驟就是也與連續壁施工步驟相同；至於橡 膠墊的安裝步驟則是在連續壁完成後在一側開挖溝槽將橡膠墊逐塊置入溝槽；當然另 有論者提出先開挖連續壁溝槽之後即開挖橡膠墊溝槽然後同時吊裝連續壁鋼筋籠及橡 膠墊的施工方式；二種施工步驟似都有商榷餘地。

1.5 改良施工步驟

在高鐵減震案的各項相關研究中，都是針對振源、減震理論、減震方式研討，未針對 工程品質對減震效果的敏感度加以分析，此類研究基本上減震效果是假設在工程品質 合於規範的基礎上；施工步驟攸關品質的良窳，品質良好的減震壁是現階段南科減震 工程的基本要求。以連續壁與橡膠墊複合式減震壁的施工步驟乏前例可循；規劃報告 建議的施工步驟是否能確實安裝橡膠墊未見進一步研究；但是參考以往連續壁施工的 過程中發生的狀況；可以推敲複合式減震壁施工所可能遭遇的困難例如：如果連續壁 溝槽開挖時發生坍孔，造成所謂的大肚子現象；如何在連續壁的一側開挖溝槽而不受

到連續壁突出部分的影響？或者在沒有導溝的情形下開挖第二道溝槽，如何引導抓斗 正確下刀？如何同時吊裝鋼筋籠、橡膠墊…等；皆為值得討論的課題，因此就波的理 論、傳遞方式說明複合式減震壁的品質需求；再進一步研討改良溝槽的開挖及橡膠墊 安裝的施工步驟，於第三章說明了規劃報告建議的『在連續壁完成後在一側開挖溝槽 將橡膠墊逐塊置入溝槽』的施工程序以及討論中『先開挖連續壁溝槽之後即開挖橡膠 墊溝槽然後同時吊裝連續壁鋼筋籠及橡膠墊』的施工程序，並比較其優缺點；最後提 出改良步驟，建議先開挖連續壁溝槽；之後於開挖隔振橡膠墊溝槽時以鋼架做為導溝 壁，引導抓斗正確下刀；並建議橡膠墊改為榫頭形狀及吊裝方式；以確保工程品質，

符合南科的減震要求。

第二章﹑文獻回顧 2.1 波傳理論

討論減震工程需先就波的形式、傳遞方式、衰減…等加以說明，方能了解減震壁品質 要求的重點；提出減震的方式及施工程序。

波的傳遞影響自然萬物，動物利用聽覺或其他感受器官接收波動所帶來的訊息，做為 捕食、逃避危險、求偶的依據，也利用器官造成波動傳遞各種訊息，自然界因為地震 而改變生態環境。

波的性質可分為實體波（BODY WAVE）及表面波（SURFACE WAVE）二種，其傳遞方式不 同。實體波又因為介質振動的方式再分為壓力波（PRESSURE WAVE）及剪力波（SHEAR WAVE）二種主要的波，表面波也再分為雷利波（RAYLEIGH WAVE）及拉夫波（LOVE WAVE）； 以上各種波各具特性，而其傳遞受到介質的各種參數影響，例如彈性模數（YOUNG^，S MODULUS）、密度、柏松比（POISSON^，S RATIO）等；會產生反射、折射、繞射、透射等 現象。波的傳遞是能量受到介質參數影響之後傳遞的能量也隨之改變，這些能量又會 造成介質性質的改變。

孫宏華⁹（2004）當介質為均質等向彈性體時波的傳遞速度在任意方向是一定的，當介 質為非均質時波的傳遞會因為不同的介質而改變速度，在介質與介質的介面會發生折 射的現象，由思乃爾定理（Snell’s law）可知，當波由波速較快的介質傳遞到波速較 慢的介質時，波向線會向分層介面之法線靠攏，而產生偏折的現象。當介質之束制模 數 M 減小時，P 波與 S 波之波速會變慢。是以當震源發生於深層堅硬的土層向上傳 遞，雖然起始方向並非垂直向上，但到達軟質的表土時會接近於由下往上的傳遞情況 又因為介質的密度、彈性模數及柏松比的差異使得二個介面之間的阻抗比不同，而有 部分反射與部分透射的情況發生。

當波的進行遇到了介質不連續處（例如裂縫），能量無法經過裂縫傳遞，會繞過裂縫經 由介質邊緣傳遞，產生所謂的繞射現象。振波傳遞遭遇高剛性介質或裂縫阻礙物無法 直接穿透時，會以阻礙物邊界端點為圓心在遮蔽區後方發生能量側向傳播的現象，此 即震波的繞射。震波繞射的特性目前被廣泛的應用於混凝土表面裂縫的深度檢測。因 震波的傳遞遭遇裂縫等不連續介面時，必須比直接傳遞多行進一段距離，也因此利用 傳遞的時間差來計算表面裂縫的深度。

物體受力產生變形材料變形會影響材料本身的性質尤其以塑性材料最為明顯，詹鎧逸

10（2002）依據 BOIT（1956）的研究發現當孔隙水壓上升時土壤之束制模式產生變化，

導致土壤的性質也就不同。當介質所受的應力與應變的關係未超過其降服點時彈性應 力應變關係，其材料性質的變化相當微小；以混凝土試體為例：雖然混凝土材料性質 大部分楚於非彈性範圍，但當受應力後其變形微小未超過彈性範圍時，使用彈性變形 理論來分析屬於合理。

介質受到外力所施加的能量即經過介質向外傳遞，介質質點與質點間會產生相互作用 的位移，也就是所謂的應力波（stress wave），因為應力波必須經過介質才能傳遞，

所以應力波的特性與介質的性質有著密切的關聯。當應力波在彈性介質中傳遞時就稱 之為彈性波（elastic wave），彈性波傳理論也是一般研究中最常應用的基礎。

如前所述依波傳遞的方式波動可分為實體波及表面波二種，實體波的傳遞遍佈於整個 介質本體，依波傳遞方向與介質振動方向的關係可再區分為壓力波及剪力波二種。壓 力波粒子振動的方向與波能量傳遞的方向互相平行，又稱為縱波（longitudinal wave）。波傳遞的方式為介質粒子疏密間造成擠壓藉由軸向彈力恢復的方式傳遞能量。

只要粒子能承受壓力，壓力波就能存在。所以壓力波可以存在固體液體和氣體中在物 體內部能量的傳遞上，壓力波為主要的能量攜帶波種。

剪力波為另一種實體波，其粒子振動的方向與波能量傳遞方向互相垂直，故又稱為橫 波（transverse wave）。剪力波的能量傳遞藉由粒子與粒子間的橫向剪應力來進行傳 輸，若是介質粒子間的間隙過大無法承受剪應力則剪力波無法形成，因此剪力波通常 只存在於固體而無法存在於氣體或黏滯性不足的液體中。與壓力波相較，剪力波的波

速 Vs 僅與剪力模數 G 及介質密度ρ有關。壓力波和剪力波是研究應力傳遞於物體內部 行為最重要的二種波動。表面波就是傳遞於介質表面的波，主要分成雷利波與拉夫波，

雷利波為 Rayleigh 於 1885 發現。當雷利波足以傳遞於均質（Homogeneous）、彈性

（elastic）的半無限（half-space）介質表面時所產生一種表面波動，當雷利波進行 時，表面的質點在平行於振波傳遞的垂直面上沿著橢圓形軌跡做倒轉運動。橢圓形軌 跡的長半徑與表面垂直而短半徑與波動傳遞方向平行，二者長度比約為 3：2。表面波 的傳遞與壓力波相較衰減的速率較慢，而且其傳遞主要集中於介質表面是以在地震工 程中最受注意。

當波在傳遞過程中經過二種不同性質的介質而且波並非垂直射入時，就會發生有一部 分透射與一部分被反射的現象，這是因為不同介質的阻抗（impedance）造成傳遞波速 度不同而行成的。再者當波形進過程中遇到裂縫等不連續面時，無法直接穿透便會由 裂縫尖端傳遞，也就是繞射現象。

Miller, G.F., and Pursey, H ¹¹（1954）曾對點振源作用下物體表面的壓力波剪力波與雷利 波所攜帶的能量作比較，得知雷利波佔 67%，剪力波佔 26%，，而壓力波僅佔 7%，由 於壓力波與剪力波在介質表面傳遞時所造成的為一相較於雷利波所佔比例相當微小，

所以在研究地震造成地表破壞的地震工程研究中雷利波是一種最重要的波動現象。

彈性波在均質的介質中傳遞時速度與方向不會發生改變，但當傳遞路徑中有不同性質 的介質時就會發生透射與反射的現象，介質粒子移動的速度並不等於波速。

另外，振波在介質中傳遞會隨著震源距離越長而衰減，主要是因為二種原因：一是能 量向外擴散而被介質稀釋的幾何衰減（geometrical attenuation），另一為介質本身 的阻尼效應（material damping）。

2.2 南科相關研究案

南科高鐵振動影響的問題，過去提出許多改善方案，例如縮短高架橋跨距為六米、興 建土堤、地盤改良等建議，政府部門、產業界、學術界已提出許多相關研究報告。其

中，較具代表性的是：（1）工址振動量評估（2）振動來源分析；(3) 地盤振動傳播模 擬；(4) 減震、防振策略研究。

在工址振動量評估方面：

國家科學委員會（2001）委託於南部科學園區內進行之現地振動衰減試驗，以人工振 源激發地盤之振動，於距振源不同距離處量測地盤之振動歷時反應，評估南科園區地 盤對振波傳遞之衰減參數與土壤阻尼性質，並評估小型槽溝之隔震效應。共包含兩部 份試驗，第一部份為淺基礎強迫振動試驗，分別進行水平向振動試驗與鉛垂向振動試 驗，估算地盤之阻尼係數；第二部份為重錘落擊試驗，並於重錘落擊試驗時，同時檢 測槽溝對振波傳遞之影響，檢驗槽溝之隔震效應。試驗結果，地層衰減係數α 值在較 低頻率(2-8Hz)時較小，平均約為 0.002，而在較高頻率時，則大致隨頻率之增加而漸 增。至於所挖掘之 3m 深、20m 長之槽溝則無法有效地降低其後方 30m 範圍內之地表振 動，尤其是低頻的部分，3m 深、20m 長之挖空槽溝的量體顯然未達到減震規模，存在 與否似乎沒有影響，況且挖空溝槽的重大缺點是無法抵抗側向土壓會造成坍方，反而 影響鄰近建築物、晶圓廠房及高鐵高架路段的結構的安全。

在振動來源方面的研究：曾志揚、 楊永斌¹²(2003)『列車行經高架橋時引致之地表及 建築物振動分析』結論概略為：

（1）列車所引起的土壤表面三方向的振動反應中，垂直向的振動位移約略會比水平雙 向反應高出 30~50﹪的振幅量。

（2）當序列移動載重以共振速度通過橋梁時，由於橋梁的反應會劇烈地增大，所以地 表振動的反應量也跟著放大；因此，如何避開共振條件的發生，是在高鐵設計時 須考量的要點之一。

（3）若對列車行車速度及橋跨長度進行適當的控制，地表振動位移是可以獲得相對程 度上的最小值；依分析中得知，在對應的列車及橋樑資料下，最佳的橋跨設計長 度為 30~40 m；至於其他不同形式的列車及橋樑情形時，必須根據其數值資料再 進行參數分析，以求得相對應的最佳橋跨設計長度。

（4）建築物基礎版的大小會對高頻波的抑制產生相當大的作用，較大尺寸的基礎，將 對高頻波產生過濾的效果；另外，建築物水平微振反應容易受到結構物水平週期

的改變，而有相當程度的變化，基本上，結構週期越大，則建築物受到列車所引 起的微振反應將越小。

潘濬瑋郭振銘（2004）以三層離散道碴模型作分析，軌道基本動態歷時反應均較單層 連續模型為大，顯示以本模型將不致高估軌道系統之穩定性。此外，究還探討了軌下 路基土壤、道碴及支承墊各層之參數。

路基土壤強度對道碴軌道表面變位有相當大之影響，軟弱路基將會造成過大之變位應 加以強化；道碴參數方面，加大密度及降低彈性模數對抑制軌道振動反應皆有正面之 助益，實際上則可藉由加厚道碴層厚度而得到相同之成效；支承墊勁度的下降，對於 減小道床振動加速度反應亦有明顯之效果。

針對軌道結構組成對振動之影響進行研，林宏達、朱聖浩 ¹³（2001） "車橋共振"，分 別探討路堤軌道與高架軌道，藉由數值分析方式建構軌道各部分組件，將組合而成之 軌道承受不同歷時軸重，模擬列車以不同速度行經軌道結構產生之動力反應。研究結 果顯示列車行經路堤軌道版時，鋼軌之垂直振動量大於軌道版，且受列車行駛速度影 響；列車速度越慢，路堤軌道的垂直振動量會較小。在高架橋軌道方面，發現橋樑中 央各部份振動量皆高於橋墩部份，且慢速行駛列車產生的垂直振動量有大於高速行駛 振動量之現象。

在地盤振動傳播模擬方面：

郭景琳、倪勝火¹⁴（2004）『路竹南科土層振動衰減特性與其阻尼比評估之試驗研究』

結論略為：經由現地量測各種不同能量、頻率、型式、振波等等試驗因素，分析其振 波隨距離衰減之情形，求取土壤之材料阻尼係數以及幾何阻尼係數，振波經由土體傳 遞之行為相當複雜，受到振動能量、振動頻率、振波種類、土層狀況等種種因素影響，

尤其大地環境材料之變異性大，許多情況都是因地而異，經以Bornitz 與Wiss 兩種振 動衰減模式加以分析，其試驗結果與分析情形十分接近（即各個測點實際量得之振動 量皆十分接近迴歸出來之曲線），驗證此兩種衰減模式準確度相當高，因此只要選取 適當之材料與幾何阻尼係數，兩式皆為相當方便以及準確之方法，用來評估一現地土 層距振源某一距離之振動量。

楊永斌、郭世榮、葉超雄 ¹⁵（1995）以有限和無限元素混合法來模擬土壤結構之互制 問題，模擬不規則之幾何形狀。在進行實例分析時，考慮三個不同鐵路基礎型式，即 彈性基礎，明渠和充填式溝渠，並研究各型基礎之主要參數，考慮列車車速 252km/hr (70m/s)與 360km/hr (100m/s)，並在距列車中心 10m 處設置明渠、充填式溝渠和波阻 塊三種減震屏障。分析結果顯示充填式溝渠的阻隔效率較佳。

另外該研究以有限元素和無限元素的混合模式法模擬分析高速列車在不同行車速度 下，引致之土壤傳遞現象。研究結果顯示：路堤對於振動的阻隔效果主要限於高頻部 分，對於低頻部分反而會放大振幅。高架橋則可降低地表面振動，但對降低高頻振動 則不若路堤有效。高架橋若沒有基樁時可降低向外傳遞的擾動，但會增加高架橋的振 動，而當基樁深入岩盤時，雖可降低高架橋上的振動，卻會使擾動傳得更遠。

朱聖浩 ¹⁶（2004）使用三維有限元素程式進行減震分析，結果顯示由於高速列車產生 之低頻波長約為 100m，將使得溝渠、減震壁、土壤改良在合理之狀況下均無法有效隔 離此一長波振動。針對高速鐵路可能引起的車橋共振問題進行分析，認為：在列車與 橋樑互制問題中，移動列車所引起的頻率，低頻的影響比高頻顯得更重要，低頻將決 定大部份車橋振動的反應。如果考慮車行方向、橋樑垂直向與橋樑橫向三個方向的振 動行為，分析結果亦顯示橋樑垂直向即橋樑上下擺動的振動遠超過其他兩方向，而由 於列車質量遠小於橋樑質量，所以橋樑橫向即列車偏心造成的振動最小。

國科會國家地震中心（2001）於 80 年 3 月 18 日提出『高鐵行經南科引起振動問題之 減震可能方案評估』。內容彙整國內外相關的研究報告及實際案例，並進一步檢討可能 之有效減震方案。其所考量的減震方案有：縮短高架橋跨距、土堤減震、槽溝減震、

阻波塊減震、地盤改良減震、廠房與基台減震及廠商區位調整等。報告中摘要列舉各 工法概要，評估其對於低頻部分振動之減震成效篩選工法，同時針對南科進行工法配 置，考量實際施工可能遇到的困難及所需經費，評估其費用及對高鐵工期延長之影響。

在槽溝減震方面的研究：孫宏華（2004）『考慮土壤液化機制下震波傳遞之行為與槽溝 隔振數值模擬』，對於震波傳遞、溝槽隔振及填充材阻尼等均納入考量，比較混凝土、

橡膠、橡木等材料做為填充材；以及複合式填充材所得結論為混凝土及橡膠複合填充

材減震效果最佳。

國科會擬定很多相關的研究降低高速鐵路振動對台南科學園區的影響；朱聖浩、王永 明¹⁷（1999）提出挖掘溝槽填入特定填充物隔絕振波傳遞路線來降低振動經過實驗證 明確實能有效降低振動。在探討不同溝槽深度與距離振源的位置對減震效果的影響程 度方面，曾國哲¹⁸（2000）『具開挖槽溝基地之波傳減震效果』，利用有限元素法平 面應變元素，分析受單一垂直簡諧力作用在均勻介質之半無限域工址上，具相同斷面 積和之單一開挖槽溝、雙開挖槽溝與倒L型開挖槽溝對於工址表面反應的減震效果。

分析結果顯示，於槽溝後方介質表面時域位移反應及頻率域速度反應之平均減震效 果，皆以雙開挖槽溝為最佳。進一步採用南科之土層資料及模擬高鐵行駛造成之振 源，進行具開挖槽溝工址減震分析。以雙被動開挖槽溝減震系統較能有效減少外力主 要振頻所產生之速度振動量。

2.3 施工方法

有關南科振動方面的研究包括了振源、振動的影響、減震方案等構想，決定了最後選 擇高鐵橋墩加勁同時採用混凝土與橡膠複合連續壁減震方式，台南科學園區減震工法 規劃期末報告，雖然提出減震的施工方式及計畫，但是是否可行尚未可知，尤其是安 裝隔振橡膠墊的步驟頗值得商榷；至於連續壁工法是已經發展多年的成熟技術，不過 針對各種地質條件、環境因素還是有不同的施工機具。前述複合材料做為挖空溝槽填 充材料的減震方式，主要是利用材料的阻尼性質，因此複合材料應該儘量密合才能達 到預期減震目標，在此先參考幾種連續壁施工方式及適用的條件。

地下連續壁在歐美地區稱為(Concrete Diaphragm, Slurry Wall)，譯為混凝隔膜牆，

泥漿牆。而在日本地區稱為地下連續壁或連續地中壁，而國內慣稱地下連續壁。地下 連續壁施工法因其剛性大，止水性佳，深開挖期間安全性高，且可作為地下結構物之 外牆壁使用。對於工地鄰近地盤及構造物沈陷與位移的影響遠較其他幾種施工法小，

已被公認為深開挖工程施工中之最佳擋土措施施工法。地下連續壁施工方式，係於預

定施築位置，首先整平、放樣，先構築導溝牆，依公母單元逐次開挖，以連續壁挖掘 機在導溝牆內開挖溝槽至預定深度。在開挖期間，注入特別調製之穩定液，使溝槽面 下形成一層薄膜，防止地下水位與泥漿之滲透溢出，並提供液壓力以防止溝槽塌陷。

當完成單元溝槽挖掘工作後，吊放鋼筋籠，安裝特密管後，進行底部淤泥清除，並澆 置水中混凝土，完成單元地下連續壁。在不同的地質條件下使用的機具、施工方式、

連續壁厚度、鋼筋用量及埋入深度均不相同。

連續避開挖施工安全研究頗多可以是用在多種地質條件以施工較困難的砂土為例：葉 奕昌、蔡錦松¹⁹（2002）『連續壁槽溝開挖之破壞土楔研究』；針對非凝聚性土壤，進 行三維槽溝破壞土楔形狀研究。考慮了垂直和水平兩個方向的土拱效應概念；模型砂 箱試驗顯示：(1) 破壞滑動面為一弧形曲線；(2) 足夠的導牆尺寸可使地表面不發生 塌陷。

其他有關之研究甚多食物上亦已甚為成熟；目前使用的開挖機具已從早期蛤形抓戽之 I-COS工法、鑽掘式BW工法至目前使用強力油壓抓戽之MASAGO工法及旋轉切削工法(BC Trench Cutter System)，及全套管正割排樁壁(Secant Pile Wall)工法，蓬勃發展廣 泛地應用於基礎工程中。在南科複式減震壁工程為了因應橡膠墊的形狀因此比較可能 採用MASAGO工法或或旋轉切削工法(BC Trench Cutter System)，連續壁的詳細施工步 驟將在下一章詳述。

台南科學園區減震工法規劃期末報告（2005）建議採用隔振橡膠墊及連續壁的複合式 隔振牆有關隔振橡膠墊的安裝步驟概略為：（1）、先完成連續壁。（2）、緊鄰連續壁開 挖隔振橡膠墊溝槽。（3）、在溝槽中放置鋼套統以便固定橡膠墊。（4）、將橡膠墊放入 套統中。

以上步驟是否能將橡膠墊順利安放至定位尚有疑問，南科減震壁工程已開始施工；據 悉迄至目前為止似仍在持續討論安裝橡膠墊的步驟。

第三章﹑現有方案探討

3.1 台南科學園區及其背景簡介

高速鐵路於民國七十八年間開始規劃，為台灣西部城際間快速大眾運輸工具，主要目 標之一就是縮短城鄉差距及開發新市鎮，（圖 3.1 為高速鐵路路線示意圖）沿線車站 都在郊區，從台北到高雄路線與台鐵西部幹線相隔一段距離並行，貫通主要城市，除 了少數路線與台鐵路線相設有緊急停靠站以外，與台鐵車站並不共站，規劃最高行車 時速 350 公里，運轉時速 300 公里，從台北到高雄 90 分鐘。

高鐵路線為了維持高速行駛的安全全線沒有平交道，在台北、高雄等都會區以明挖覆 蓋法興建地下隧道，通常隧道側牆厚度 1.2 公尺、連續壁厚度約在 0.8 公尺∼1.2 公 尺之間，合計約 2 公尺而且有土壤覆蓋，列車在隧道中行駛所產生的噪音及振動被有 效阻隔，隧道內軌道經過特殊設計使用隔振橡膠墊，減輕振動及噪音，對鄰近環境並 無影響，由於都會地區振動的背景值原本就很高，甚至比在隧道中高速行駛的列車所 產生的影響還高出許多，因此無需特別加以處理，而其他路段多在非都市地區，由於 人煙稀少距離一般民宅有相當距離，列車行駛所產生的振動敏感度也相對降低，故而 對於環境的影響大多針對水文、水土保持及噪音進行研究與防治。

高鐵在平原或丘陵地區市以高架橋方式構築路軌，產生的振動及噪音當然比隧道高出 許多，但是位處郊區敏感度相對降低，只要能維持在環保法規的許可範圍也就可以了。

原本計畫是由政府出資興建，由於當時公共工程投資甚多，引發了政府預算是否能夠 支應的的爭議，以致幾乎終止高鐵計畫，最後終於決定以 BOT 的方式辦理，交由民間 廠商興建、經營，競標結果由台灣高鐵公司得標。

圖 3-1 高速鐵路路線示意圖（資料來源：高鐵局網站）

正當高鐵完成規畫積極施工之際，政府同時推動了台南科學工業園區（以下簡稱台南 園區），發展電腦晶片、主機板等高精密電子工業，同時為了平衡南北經濟發展的差距，

增加南部地區就業機會、帶動發展，共開發有一、二期基地及路竹基地，面積合計約 有 1600 公頃（圖 3.2 為台南園區示意圖）；其中一、二期基地位於台南縣新市鄉、善 化鎮及安定鄉交界，一期基地面積為 638 公頃，於民國八十五年開始開發，預計於民

國九十四年底開發完成，二期基地與一期基地緊鄰，面積為 400 公頃，預定於九十一 年六月底取得用地進行開發，預計於九十九年底開發完成。

圖 3-2 台南園區示意圖

台南園區位置在高鐵路線東側，一期基地與高鐵路線緊鄰、並行約 4.5 公里，

距離高鐵路線中心大約 300 公尺（圖 3.3 高鐵跨越台南科學園區鳥瞰圖），高

鐵行車所產生之振動對於精密電子製程的影響相當不利，良率減低增加成本，

因此必須設法減輕振動。

圖 3-3、高鐵跨越台南科學園區鳥瞰圖

高鐵是政府第一次採用 BOT 興建的公共交通工程，也是世界規模最大的 BOT 案，高鐵 當局認為興建在先，南科規劃在後而且南科園區事先已知振動值，高鐵振動程度在法 定值以內，在合約上高鐵公司希望能如期完工通車營運才能有收入，不願因為振動案 拖延工期，也不願因後來的南科園區增加減震措施，而且未必能達到南科對振動的要 求標準，以免增加支出還必須背負減震的成敗責任，應由南科當局負責解決振動問題 增加減震措施。

南科園區計畫是行政院國科會主辦，行政院方面要兼顧高鐵計畫的政府應辦事項及高 鐵於 94 年 10 月如期通車的壓力，一方面要推動台南南園區計畫，將快速外移中的產 業留在台灣，高鐵通車就會立即影響台南園區電子生產，因此責成國科會在高鐵通車 前完成減震工程。

3.2 現行規劃施工法

目前南科園區採用的減震工法有二種，其一是將高鐵橋墩加勁，其二是減震壁；也就 是用混凝土與橡膠填充挖空溝槽，與孫宏華（2004）於『考慮土壤液化機制下震波傳 遞之行為與槽溝隔振數值模擬』之研究建議相同。

孫宏華於『考慮土壤液化機制下震波傳遞之行為與槽溝隔振數值模擬』：論及溝槽與量 測點間距 0.5 倍波長的情況在低頻部分減震效果較差的現象，應該是因為槽溝是被挖 空的狀態；當表面波撞擊後也會如同在地表上產生的雷利波，沿著邊緣繞過溝槽後在 遮蔽區表面再發生振動。只有能量不易損失的低頻才能通過數次改變的路徑仍能維持 能量，在遮蔽區中0.5 倍雷利波長的溝槽與量測點間距所能削減的能量相當有限，在 低頻降低的效果上不比其他間距來的高，溝槽遮蔽的效果越接近溝槽的測點高頻部分 的波動就越少；所以選擇溝槽的應該有足夠的距離來降低因溝槽邊緣所帶來的低頻雷 利波又能兼顧因為繞射所帶來較高頻波動影響的位置最為理想。

設想二條挖空的溝槽對於減低震動的效果是否更佳？較接近振源的第一條溝槽減低部 分的波動能量，第二條溝槽減低剩餘的能量波動的傳遞經過二次繞射應該有更理想的 效果。雙溝槽使得振波傳遞需經二次繞射振波的能量就會大為減低，而且可以調整二 條溝槽的位置達到減低振波的最佳效果，孫君並以模擬實驗比對雙溝槽不同深度配置 的結果與單一溝槽比較，得知對於頻率小於2HZ的波動較深的單一溝槽消能減震效果 較佳；但是對於其他頻率的消能效果雙溝槽明顯優於單一溝槽。台南科學園區電子廠 設備對於頻率4HZ以下的振動比較不受影響；因此在溝槽的選擇上以雙溝槽較佳。

雙溝槽在減震效果上不會像挖空的溝槽完全阻斷振波傳遞路徑，但是填充材的摩擦或 阻尼可以減低振波效果。由於挖空的溝槽二側的主動土壓力會造成坍孔，而必須加以 填充抵擋二側土壓力，雖然填充材會傳遞震波，但是也可以選擇消能性質較佳的填充 材達成相當的減震效果。

經過試驗了三種填充材料---混凝土、橡木、橡膠---並將之與挖空的溝槽無溝槽減震減 的結果加以比較；同時比較材料阻尼性質對減震效果的影響，在試驗中溝槽位置及深

度未改變。

在以上三種材料中若是不考慮材料的阻尼性質，則其減震能力尚不如挖空的溝槽。而 較軟的橡膠是這種情況下減震能力最佳者，其原因應是硬的材料剛度較大容易傳遞應 力，橡膠是三種材料中剛度最小的也最不容易傳遞應力。

當考慮材料的阻尼性質後三種材料的減震能力都明顯提升，尤其是混凝土的差異最明

顯。根據阻尼力C=2ξ k * （k:勁度；m:質量），雖然橡膠的阻尼比最大；但是勁度m 卻比另外二種材料小，相乘之後混凝土是三種材料中減震效果最佳者 。

基樁加深之後梁側點之振波能量減少；與上述阻尼力公式計算結果相吻合，因此加深 振源基裝的深度也是可以考慮的減震選項之一。

由二種以上材料組合為溝槽的填充材，為了比較不同複合材料配置方式的減震效果；

以混凝土與橡膠組合成四種填充材（1）全部混凝土（2）全部橡膠（3）混凝土+橡膠

（4）橡膠+混凝土。溝槽深度固定為 50m 寬度 4m、振源基樁深 30m，得到的結果混 凝土仍然是四種情況中減震效果最佳者。複合式材料在整體減震效能上不優於全混凝 土，但是已經相當接近；甚至在某些頻率的減震效果優於混凝土填充溝槽。而全橡膠 減震溝槽在某些頻率減震效果優於全混泥土減震溝槽；顯示出混凝土+橡膠的減震效果 比較平均；在不同頻率的減震需求下，可以調整混凝土與橡膠的比例以達到最佳化減 震效能。

3.3 減震方式

經過多次分析比較，根據了解南科當局最後決定同意同時採用二種方式較為可靠：

（1）將高鐵橋墩以鋼筋混凝土地梁連結，以加勁的方式減輕高鐵高架橋梁的振動的傳 遞。

（2）在高鐵與台南園區之間平行高鐵方向以橡膠與混凝土為複合材料的減震壁隔絕振 動，橡膠墊緊貼著混凝土牆外側（台南園區側）這種方式與孫宏華模擬的複合減 震壁相同，經過電腦模擬及現場試驗，只要減震壁體夠長就可以隔絕大部分頻率 3Hz 振動波繞設現象。實際上混凝土牆的結構及施工步驟就是一般的連續壁。

為了解南科土壤的組尼及獲得適當的減震壁深度及構造，經整理園區地質及地下水位 等資料概略如下：

地下水位約在地面下一至四公尺之間，平均約二公尺；南科園區工址地質屬現代沖積 層（表 3.1 台南科學工業園區地質分布），地層可細分為台南層級三角洲沉積層。台 南層地表大致為淤泥層，其下有數層沙或粉沙。三角洲沉基層分布在園區西北角，大 至為沙質、粉沙質壤土及黏土。園區內之土層依現場鑽探紀錄資料顯示（國科會台南 科學工業園區減震工法規劃技術服務案期末報告），於地表下 70 公尺深度範圍之地層 大致可分為六層：

表 3-1 台南科學工業園區地質分布

層次 土壤分類 厚度 N 值 備註

1 粉質黏土 4.1~10.3 2~9

2

粉土或 粉土質細沙

1.5~10 5~27

3 粉土質粘土 11~11.5 52~6

4 粉土質細沙 11.5~31.2 11~100

5 粉土質黏土 0.9~17.8 12~74

6 緊密粉土質細沙 X 28~100

連續壁原本是為地下開挖而設計的擋土設施，大多用在軟弱且有地下水的地質條件，

或有些設計把連續壁當作地下結構物的側牆，連續壁的施工品質對地下開挖的安全有 絕對的影響，連續壁施工技術已經相當成熟，雖然各廠家設計的機具有所不同，不過 其施工步驟約略相同（圖 3-4），連續壁工法已有多年經驗然而仍時常傳出失敗的案 例，造成生命財的損失、危害公共安全例如高雄捷運。

連續壁施築，在假設工程完成後才開始施作單元挖掘。假設工程包括：整地、動線

（循環池）配置、開挖（施築）導溝、穩定液調製……等（圖 3-5.1）；連續壁溝槽 劃分單元，由單元兩側先行挖掘，最後再施作中間挖掘（圖 3-5.2）；通常地質較差 或水頭較高的位置容易發生坍孔，單元挖掘完成後，經超音波檢測，預先了解壁體 狀況，掌握可能發生之危險，在開挖前預做補救措施。經確認無崩塌，垂直度在規 範範圍內，即可施作鋼筋籠吊放（圖 3-5.3），再安放特密管澆置混凝土（圖 3-5.4）；

即可完成連續壁（圖 3-5.5）

為因應各種不同的地質條件，各機械廠設計多種連續壁開挖機具；現舉二例：台灣 常見殼式抓斗（圖 3-6）係以吊臂將抓斗以重力放入溝槽將土壤抓出；也有以切削方 式的連續壁挖掘機（圖 3-7）

連續壁溝槽開挖同時後注入皂土混合液平衡側向土壓，皂土比重約為 1.03，使用皂 土的工程通常都設置皂土回收場（圖 3-8）；灌漿時回收皂土重新依規範所定比重新 調制，再灌入溝槽一方面節約成本一方面避免排放污染環境

開挖連續壁溝槽時必須先施做導溝導溝的作用再引導連續壁挖掘機具正確的開挖位 置及方向（圖 3-9、圖 3-10）連續避開挖完成後已超音波檢查壁體是否平整或坍孔

（圖 3-11）充分掌握狀況預作應變措施。

連續壁溝槽開挖後應盡速安裝鋼筋籠、灌漿以避免長期受到側向土壓發生意外，因 此在開挖連續壁溝槽的同時組裝鋼筋籠（圖 3-12），以縮短工作時間；連續壁深度較

深時為因應吊車高度及載重量，鋼筋籠分段組裝在吊放時逐段搭接（圖 3-14）。 鋼筋籠應以不織布包封（圖 3-13）以避免槽溝穩定液內泥水與摻入混凝土影響混凝 土品質

連續壁一般為地下結構開挖，設計厚度端視側向土壓力而定，但是本案之情況連續壁 不是擋土設施而是減少因高鐵行車所產生的振動，而且在連續壁的一側再埋入深度 15 公尺、厚度 45 公分的隔振橡膠墊，此種用途案例甚為少見；因為施工後不需開挖，

連續壁品質良窳只能以試體檢驗，無法驗證事實；是否能達成預計目標尚未可知，因 為不是擋土的結構性設施，因此完工後沒有安全上的顧慮，複合材料隔振牆鋼筋採用 最小用量，只要能安全吊裝鋼筋籠、灌漿後連續壁體不要脆裂即可，雖然對安全沒有 任何影響，但是複合式減震壁的阻尼係數比較大，因此應當使混凝土避與橡膠墊儘量 密合，使振動波經過減震壁以達到減震效果；如果因為施工不良混凝土壁與橡膠隔振 墊之間留有縫隙，振動波將繞射傳遞，而失去減震壁阻尼的意義，究竟何種施工方式 才能使二種材料在地下密合正是本文討論重點。

連續壁施工最常面臨的風險是在開挖溝槽之後到完成灌漿之前，此時挖空的槽溝側向 土壓甚大，僅靠穩定液平衡土壓力，輕微者僅造成坍孔以後灌注混凝土時壁體突出，

就是俗稱的『大肚子』，影響後續開挖作業；輕微之大肚子現象可能僅需就地敲除 ( 詳 圖 3-15)， 嚴重之大肚子現象可能造成侵犯他人地權；然而在複合式減震工程中卻 會嚴重影響隔振橡膠墊溝槽的挖掘及橡膠墊安裝；若穩定液無法有效抵抗側向土壓，

嚴重者會導致坍方影響鄰近建物安全。

穩定液中通常含有大量泥沙，開挖溝槽注入穩定液須俟泥沙沉澱之後再澆置混凝土，

連續璧灌漿若混入泥沙會造成包泥現象，包泥現象主要發生在連續壁混凝土打設階 段，因溝渠壁面不穩定造成壁面剝落或坍塌，崩落之土石掉落已澆置之混凝土中即產 生所謂的包泥現象。嚴重之包泥現象可能引發連續壁破損，導致連續壁背土側大量土 石流失；為避免溝槽壁坍落之土方泥沙混入，須先以不織布包覆鋼筋籠隔離溝槽壁坍 落的土方。

圖 3-4、連壁施工流程圖

圖 3-5 連續壁施工示意圖

3 經超音波檢測

無崩塌，垂直度 在規範範圍內，

即可施作鋼筋籠吊放

安放特密管，澆 置混凝土

5.連續壁完成圖

2 由單元兩側先行挖掘

1.開始施作單元挖掘

圖 3-6、施工機械─

殼式抓斗

圖 3-7、施工機械─

旋切式切削機

此圖的出處 www.bachy-soletanche.com.sg/ processes/process...

圖 3-8、皂土液回收場

圖 3-9、連續壁導溝組立鋼筋

圖 3-10、連續壁導溝灌漿

圖 3-11、超音波檢查連續壁溝槽

圖 3-12、連續壁鋼筋組立

圖 3-13、吊裝鋼筋籠

圖 3-14、鋼筋籠搭接

圖 3-15、連續壁大肚子現象

工程單位應於施工前擬定對策，連續壁溝渠經評估後發現有不穩定之虞時，以工程管 控或地盤改良方式，確保施工中溝渠壁面之穩定，以杜絕連續壁包泥、包心以致降低 隔振效果之行出現。

目前工程界常見之解決對策式針對檔土壁處理，本案僅當做減震壁，因此僅需採取以 下步驟應該即已足夠：

（1）連續壁單元施工時，加強管控安全淨空區各種機具之動線行進範圍。

（2）加強穩定液之控管，穩定液之比重最好控制在 1.03∼1.09 之間、確實做好良液 循環、液面高隨時保持在設計高程等。

（3）在高地下水位區域，依 需要設置高導溝，以提昇穩定液與地下水位之相對高度。

（4）『導溝』是連續壁施工導正抓斗下刀方向的混凝土壁。因為是假設工程只要能導 正抓斗即可，一般都是採用強度 140Kgf 的混凝土已經足夠，凡是連續壁施工必須先有 導溝；但是在本項工程卻成為爭議的焦點。

3.4、規劃建議之隔振施工步驟 ：

建議案是採取隔振橡膠墊及混凝土複合式減震壁，認為最簡易可行的施工方式就是先 完成減震壁，再開挖 60 公分寬的隔振橡膠墊溝槽安裝厚度 45 公分的橡膠墊，15 公分 的空隙最後再以 PC 或沙回填。

減震壁的施工方式就是一般連續壁的施工步驟；混凝土減震壁完成後只有在開挖隔振 橡膠墊溝槽期間承受側向土壓力，因此對於混凝土強度要求為 210Kgf/cm²；隔振橡膠 墊材質不詳..形狀由圓形長條狀膠合成矩形斷面，每片長度 2.5^M寬度 1.5^M厚度 0.45^M 施工步驟概要：

1﹑施做導溝（如圖 3-16）導溝作用在於控制溝槽寬度引導抓斗正確的挖掘 方向，這是連續壁施工必須的步驟。

2﹑開挖寬 1.2m 深 45m 連續壁溝槽（如圖 3-17）

3.連續壁坍孔現象（如圖 3-18）

4﹑吊裝連續壁鋼筋籠（如圖 3-19）

5﹑連續壁灌漿（如圖 3-20）

6﹑施做隔振橡膠墊導溝（如圖 3-21）

7﹑開挖寬 0.6m 深 15m 隔振橡膠墊導溝槽（如圖 3-22）

8﹑先在隔振橡膠墊溝槽安裝鋼套統再將隔振橡膠墊逐片置入（如圖 3-23）

9、拔出鋼套統（如圖 3-24）

此一施工步驟主要的缺點如下：

（a）開挖連續壁溝槽，坍孔造成大肚子是最常見的現象。

本案連續壁僅做為隔振，坍孔不至於影響工程安全。但是坍孔處灌漿後連續壁壁 體突出，將影響下一階段隔振橡膠墊溝槽開挖。

（b）﹑開挖隔振橡膠墊時，需先敲除連續壁壁體突出部分抓斗方可挖掘溝槽。

（c）﹑溝槽中有穩定液比重約 1.03 至 1.09，據悉隔振橡膠墊比重與穩定液約略相當，

橡膠墊安裝至溝槽時穩定液的浮力將橡膠墊向上浮升不易至定位。最後吊出鋼套 統時隔振橡膠墊會連帶向上浮出溝槽一影響後續相鄰節塊橡膠墊安裝作業。

（d）﹑隔振橡膠墊與連續壁及土壁之間所形成的縫隙回填困難不易不密實，側向土壓 將造成土壤位移、沉陷，影響鄰近結構物安全。

（e）﹑隔振橡膠墊間接觸易產生縫隙不易達成隔振效果。

圖 3-16 施做導溝

圖 3-17 開挖寬 1.2m 深 45m 連續壁溝槽

圖 3-18 連續壁坍孔現象

圖 3-19 吊裝連續壁鋼筋籠

圖 3-20 連續壁灌漿

圖 3-21 施做隔振橡膠墊導溝

圖 3-22 開挖寬 0.6m 深 15m 隔振橡膠墊溝槽

圖 3-23 先在溝槽內安置鋼套統再將隔振橡膠墊安裝於鋼 套統內

圖 3-24 吊出鋼套桶時隔振橡膠墊不易定位

由於連續壁溝槽和隔振橡膠墊溝槽的厚度總計 1.8 公尺，而隔振橡膠墊深度與連續壁 深度不同，開挖溝槽深度當然不一樣，連續壁施工是成熟的工法，但是本項隔振工程 涉及在連續壁的一側埋入深度 15 公尺、厚度 45 公分的隔振橡膠，因此施工步驟產生 爭議，究竟是一次開挖 1.8 公尺的溝槽同時吊裝鋼筋籠和橡膠墊，或者先完成連續壁 再吊裝橡膠墊

先施作連續壁連續壁完成後再開挖橡膠墊溝槽，為了順利安裝橡膠墊溝槽寬度設計為 60 公分預留了 15 公分的寬度，但是對於深度 15 公尺而寬度僅有 15 公分的縫隙回填 困難可想而知。

3.5、同時吊裝鋼筋籠與橡膠墊

根據以往施作連續壁的經驗，認為通常在連續壁溝槽開挖的過程經常發生坍孔，造成 俗稱大肚子的現象；規劃案建議的施工步驟是先完成混凝土減震壁之後再開挖橡膠墊 溝槽，挖掘過程中必須同時注入穩定液抵抗測向土壓，大肚子突出的減震壁體會阻礙 挖掘機抓斗無法正確下刀向下挖掘甚至損壞抓斗，強力挖掘則會嚴重損壞減震壁，必 須先謹慎敲除突出的壁體；如果突出壁體深度太深，在穩定液中中敲除混凝土的工作 將非常堅鉅困難，如果不將壁體敲除平整則橡膠墊無法與壁體密合。因此有論者提出：

先完成開挖連續壁溝槽及隔振橡膠墊溝槽；將隔振橡膠墊附掛於鋼筋籠同時吊裝鋼筋 籠及隔振橡膠墊，就可以克服統包商施工步驟連續壁突出開挖隔振橡膠墊溝槽的問 題。此種施工方式的優點是可以避免因連續壁坍孔之後突出部分影響開挖橡膠墊溝 槽，並且避免橡膠墊裝設困難。但是溝槽寬度合計 1.8 公尺，國內開挖寬度 1.8 公尺 的連續壁挖掘機數量不多，調度相當數量的機具相對提高成本，何況橡膠墊溝槽與混 凝土減震壁溝槽深度不同，挖掘至橡膠墊溝槽所需之 15 公尺之後即必須改用較抓斗寬 度 1.2m 之挖掘機具才能繼續挖掘減震壁溝槽。

如果先開挖減震壁 1.2 公尺寬的溝槽，當隨後開挖橡膠墊 0.6 公尺寬度溝槽時，將沒 有導溝控制抓斗的方向，溝槽壁勢必形狀不整，多餘的土方會坍落至已經完成的減震 壁溝槽內；減震壁並非檔土壁鋼筋用量甚少如果將隔震橡膠墊附掛於鋼筋籠勢必大量 增加鋼筋用量提高工程成本

同時吊裝隔震橡膠墊與鋼筋籠的施工步驟如下：

1、 施做導溝（如圖 3-25）

2、 開挖寬 1.2m 深 45m 連續壁溝槽（如圖 3-26）

3、 施做隔振橡膠墊導溝（如圖 3-27）

4、 開挖寬 0.6m 深 15m 隔振橡膠墊溝槽（如圖 3-28）

缺點：開挖隔振橡膠墊導溝時沒有導溝抓斗無法準確操作，難以保持溝槽壁面 平整；多餘的土方會坍落至已經完成的溝槽內

5、 隔振橡膠墊與連續壁鋼筋籠同時吊裝（如圖 3-29）缺點：橡膠殿需逐塊 吊掛在鋼筋籠上，吊裝過程重心不穩，橡膠墊不易固定，鋼筋籠可能變形不易 吊放至定點。

6、 連續壁灌漿（如圖 3-30）

7、 回填沙或 PC（如圖 3-31）

缺點：為了順利吊裝鋼筋籠，在橡膠墊與溝槽壁之間比實際需要的溝槽寬度預 留了 15 公分，最後以沙回填，15 公分空隙深度卻有 15 公尺回填不易密實。

8、 隔振橡膠墊安裝不易定位（如圖 3-32）

圖 3-25 施做導溝

圖 3-26 開挖寬 1.2m 深 45m 連續壁溝槽

圖 3-27 施做隔振橡膠墊導溝

<45m>

圖 3-28 開挖寬 0.6m 深 15m 隔振橡膠墊溝槽

圖 3-29 隔振橡膠墊與連續壁鋼筋籠同時吊裝

<45m>

圖 3-30 連續壁灌漿

圖 3-31 在 15 公分縫隙中回填沙或 PC

圖 3-32 隔振橡膠墊安裝不易定位

同時吊裝鋼筋龍與隔震橡膠電的構想並不能克服規劃案建議的施工方式的缺點；無論 是使用 1.8 公尺的抓斗一次完成溝槽，或使用較小型的抓斗分二次開挖溝槽在機具調 度、換裝都大幅增加工作量，而且仍然有坍孔溝槽壁面不整的疑慮；隔振橡膠墊溝槽 深度 15 公尺連續壁溝槽深度 45 公尺，先開挖隔振橡膠墊溝槽挖至深度 15 公尺，再開 挖連續壁溝槽至深度 45 公尺，當開挖 1.2 公尺連續壁溝槽時導溝寬度 1.8 公尺，無法 精確控制抓斗方向；或者先開挖連續壁溝槽後再開挖隔振橡膠墊溝槽都有相同問題。

隔振壁鋼筋籠設計鋼筋用量只要吊裝時可以支承本身的重量，所以籠採用最小鋼筋 量，如果將橡膠墊加掛在鋼筋籠上同時安裝則須增加鋼筋用量，而且吊可能使鋼筋籠 變形難以吊放定位，對於上述的缺點未見提出適當的方式解決，如果先吊放鋼筋籠定 位後再吊放橡膠墊，與與規劃案原先建議類似，此種施工步驟未必比規劃案建議的施 工步驟簡易可行。

第四章、改良之施工步驟

4.1、改良施工步驟

混凝土減震壁基本上就是連續壁，但是不似連續壁需嚴格控制混凝土品質強度，因 為不需要太高的強度在施工上應該比較容易，與連續壁施工所不同的是在連續壁一 側裝置橡膠墊，橡膠墊是工廠生產經過試驗有一定的減震效果，只要使橡膠墊與混 凝土儘量密合，利用阻尼就可以減低震波的傳遞，易言之假設橡膠墊與混凝土之間 留有縫隙就會影響減震效果，施工承商及南科當局各自提出的施工步驟都無法確實 將橡膠墊安放至定位，經比較承商與南科當局的施工步驟發現：承商的施工步驟會 產生大肚子現象，橡膠墊不易定位；南科的施工步驟在第二階段開挖時沒有導溝引 導抓斗，；開挖分二階段開挖則第二階段沒有導溝。

為了解決這個問題，經分析細部設計了解這些問題的主要原因其在於橡膠墊溝槽與 減震壁溝槽深度不同

但是；工程施工往往必須因應不同的環境調整施工步驟，利用現有技術、機具、器 材達到規範要求；

1、施做橡膠墊溝槽導（如圖 4-1）

2、開挖 0.6 公尺公尺寬 15 公尺深橡膠隔振墊溝槽（如圖 4-2）

3、放入 0.6 公尺寬 15 公尺深之鋼架做為導溝壁做為開挖深度 45 公尺的連續壁溝槽

（如圖 4-3）

4、施作連續壁導溝（如圖 4-4）

5、開挖深 45 公尺寬 1.2 公尺的連續壁（如圖 4-5）

6﹑吊裝鋼筋籠（如圖 4-6）

7﹑吊出鋼架（如圖 4-7）

8﹑以導桿引導將隔振橡膠墊吊裝至溝槽，橡膠墊定位後拔出導桿（如圖 4-8）

9﹑澆置連續壁混凝土（如圖 4-9）：

混凝土將隔振橡膠墊向溝槽壁體推擠，使橡膠墊與壁體密合不致產生縫隙。

圖 4-1 施做橡膠墊導溝

圖 4-2 開挖寬 60 公分深 15 公尺的橡膠墊溝槽

圖 4-3 吊裝鋼架以鋼架為開挖連續壁溝槽之導溝壁

。

圖 4-4 施作連續壁導溝

圖 4-5 開挖寬 1.2m 深 45m 連續壁溝槽

圖 4-6 吊裝連續壁鋼筋籠

圖 4-7 吊出鋼架

圖 4-8

以導桿引導將隔振橡膠墊吊裝至溝槽，橡膠墊定位後拔出導桿

圖 4-9 連續壁灌漿

4.2 主要差異：

工程施工無論是站在業主或是承包商的立場都要兼顧成本、時程及安全三者，但是通 常業主以安全性及功能為優先考量，而包商主要著眼在如何降低成本以獲取最高利潤 最；招標發包的方式影響業主與包商的態度；業主利用公開招標招商競標降低成本，

並獲取合乎要求的品質，包商投標時則盡量壓低標價，得標後則以達到規範最低要求 為基本原則；南科減震案是以統包的方式招標，先審查包商提出的技術文件，以減震 工法及技術為優先考量，不是一般常見的最低價標，承包商必須負責規劃、細部設計 及施工。

不論採取何種施工步驟都必須符合規範減震效果，因此建議改良施工步驟；與廠商及 南科當局施工步驟最主要的差異在於先開挖寬度 60 公分隔振橡膠墊溝槽，以往連續 壁導溝都是鋼筋混凝土，本項工程先開挖隔震橡膠墊溝槽深度達 15 公尺，隨後開挖 減震壁溝槽則必須施作深度 15 公尺的導溝，原有施作導溝的方式顯然不符合現況，

因此改用鋼架做為導溝壁引導抓斗挖掘減震壁溝槽至預定深度，鋼架可重複使用，相 較於整體成本比例及施工度不至於增加成本，可以符合成本考量。組立鋼筋籠時，在 鋼筋籠一側焊接簧片，彈簧片是常用的零件，通常的作用是使部件密合而且能保持相 當彈性；將此簧片（如圖 4.10）上端焊接在鋼筋籠，下端為自由端；當橡膠墊向下 壓進溝槽時可以將橡膠墊向側面推擠，使橡膠壂與槽溝壁密合。

鋼筋籠吊裝至定位後，將隔振橡膠墊逐片向下壓進溝槽，簧片可以將橡膠墊向土壁 推擠，當連續壁澆置混凝土時混凝土會將隔振橡膠墊向土壁推擠的更緊密。使橡膠 墊與土壁密合，不至於產生縫隙，不需要再以砂填充縫隙，也不會有填充不實的問 題。為了使橡膠墊之間比較密合，隔振橡膠墊形狀改為榫頭（如圖 4.11）橡膠墊每 片厚度 45 公分高、寬各 1.5 公尺；底部成凹槽頂端突出形成榫頭，恰好可以密合而 且穩固，放置橡膠墊時可以利用導桿將橡膠墊逐片放至定位，由於是逐片放置不需 要使用笨重的大型機具，過程簡易；榫頭接合可以增加減震效果。

圖 4-10、彈簧片詳圖

圖 4-11、建議隔振橡膠墊形狀

第五章、結論與建議：

5.1.結論

減震壁工程完工後結構體深埋地下，地下結構品質本即不易驗證，一般連續壁完成後 開挖期間可以目視連續壁品質，本項工程結構是作為減震壁不是一般的連續壁；完工 之後不需開挖基礎，無法目視減震壁的工程品質，除了超音波等非破壞檢測方法以外 無法驗證減震壁的品質。

至於南科減震工程使用之隔震橡膠墊的材質形狀及減震效果迄未見文獻報導；本研究 案係研討施工步驟；故假設隔震橡膠墊能確實有效達到減震目的。

複式減震壁的實際隔振效果，在試驗過程就已經知道不能完全達到南科的減震要求，

本工程與其他連續壁工程比較，除了在施工過程中的安全以外，不會牽涉到開挖擋土 的安全問題，雖然沒有安全上的顧慮，然而設若混凝土減震壁有空洞裂縫、與隔震橡 膠墊之間有縫隙，或者橡膠殿宇橡膠墊之間不夠密合都將使隔震效果減低；則高鐵行 車的震波仍將影響晶圓廠的生產作業，因此減震壁的品質攸關減震效果，直接影響高 價值的電子工廠產品生產成本，因此施工過程的重要性相對提高，每一個步驟都必須 按部就班。

南科規劃案建議的施工步驟在開挖隔振橡膠墊溝槽時，就會因為混凝土減震壁大肚子 遇到阻礙，隨後安裝隔振橡膠墊不易定位橡膠墊歪斜，每一塊橡膠墊之間容易產生縫 隙；然而隔震橡膠墊與鋼筋籠同時吊裝的施工方式也有相同的缺點。

任何新方法的提出都是根據以往經驗、運用現有技術解新問題或者簡化步驟以減少成 本提高品質，本研究案提出改進方案是運用現有的機具技術，即使需略增費用也相當 有限，但是施工容易可以確實掌握工程品質達到減震效果，隔振壁灌漿時可以一次完 成混凝土將隔振橡膠墊向溝槽壁體推擠，同時可以達到密核的要求使橡膠墊與壁體不 致產生縫隙以獲得最佳的隔振效果。

5.2.建議

工程施工固然有規範可循，但是因為環境條件並非制式化，不可能以一套規範適應所 的的情況，因此必須因地制宜尋求各種施工方式，常見的狀況就是調整施工步驟就可 以達成要求，當然運用新機具或新的施工方法也很常見，但是成本較高；在成本考量 下儘可能運用有現成的機具以及材料以降低成本，使結構物符合規範要求，複合式減 震壁工程就是這種情形，以往固有的連續壁施工經驗反而限制了思考方向，『規劃案建 議的施工方式』及『同時吊裝隔震橡膠墊與鋼筋籠施工步驟』各有缺點，其各項主要 的缺點在第三章中已經詳述；經過研析可以將隔振橡膠墊形狀塑成榫頭利用現成的材 料及一般的施工方式改善施工步驟就可以有效地改進二者的缺點，及以利於施工：

1、 以鋼架做為導溝壁。

2、 橡膠墊的形狀改為榫頭接合。

3、 鋼筋籠加裝彈簧片以利安裝橡膠墊。

4、 橡膠墊塑成多孔或粗糙表面：雖然材質相同但是可以使震波散射以加強減震 效果。

5、 在橡膠殿中加入比重較大的金屬增加重量：此種方式在台鐵橡膠平交道版已 使用，可以適當的解決橡膠墊比重與穩定液相近所產生的上浮力問題；則橡 膠墊可藉由自重下沉。

6、 預埋試體避免破壞性取樣有關橡膠墊複式減震壁的耐久性問題，整個減震壁 至少需耐用百年，但是橡膠墊埋入地下 15 公尺，其材質是否禁得起環境的考 驗，長達 4.5 公里的橡膠墊日後如何取樣檢驗也是一大問題，何況破壞性取 樣尚需復原，施工上也必定大費周章，建議在減震壁附近背景環境相同的位 置同時預埋若干材質相同的複式減震壁做為試體，以後以試體試驗即可不需 在母體作破壞性取樣試驗；在此亦提出同樣的建議希對南科減震工程有所助 益。