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中 華 大 學

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Academic year: 2022

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(1)

中 華 大 學 碩 士 論 文

捷運新莊線地盤改良補灌漿工法選擇之探討 An Investigation on the Selection of Supplementary Grouting Methods Used in Ground Improvement for

Hsin-Chuang Rapid Transit Line

系 所 別:營 建 管 理 研 究 所 學號姓名:M09616029 鄧 家 文 指導教授:楊 錫 麒 博 士

中華民國 九十七 年 七 月

(2)

誌 謝

今論文付梓,研究所學習告一段落,承蒙恩師 楊錫麒博士於論文 撰寫期間給予指導,在此致上最誠摯之感謝。

求學期間,感謝所長楊智斌老師及全體師長在學業及論文寫作上 教誨指正,順利完成碩士學業,在此一併致謝。並感謝「日商鹿島營 造股份有限公司」工務部副理宋秉清、工程司盧宥瑞等提供相關資料 及協助支援,使本論文得以順利完成,僅此一併致謝。

感謝內人徐春美女士的體諒與付出,讓我無後顧之憂的完成學 業,及曾經幫助過我之同事、朋友,再次誠懇的謝謝你們。最後再次 感謝所有關心、鼓勵我的人,使我能夠順利完成學業。

祝福大家平安快樂。

鄧家文謹于新竹中華大學 中華民國九十七年六月十八日

(3)

摘 要

關鍵字:地盤改良、灌漿、補灌漿、層級分析法。

由於都會區為提升生活品質,帶動許多大型公共建設,因地狹人 稠,為有效利用有限土地,多朝高空或向地下發展,如台北大眾捷運 地下系統(地下鐵、捷運),台北地下街、超高層大樓結構物之建築等,

因台北盆地由大漢溪、基隆河及其支流帶來大量的泥沙,在湖底累積 成數百公尺厚的沉積層,包括松山層、景美層、新莊層等。在表面厚 達60 公尺的松山層都相當鬆軟,且有大量流木存在,很不幸地,流木 郤造成捷運的隧道工程多次災變,選擇適當之補灌漿工法,達到開挖 施工之安全,為本研究之目地。

本研究以地盤改良灌漿工法及冰凍工法為評估對象,歸納分析地盤 改良工法變數因子,並建立評估架構表,並以層級分析法(Analytic Hierarchical Process)計算指標權重,再以台北捷運新莊線為案例進行驗 證,以供設計,施工之參考。

(4)

ABSTRACT

Key words: Ground improvement, Grouting, Supplementary Grouting, Analytic Hierarchical Process

In order to improve the quality of life, in a metropolitan area, urban development has gone toward the sky or under the ground. The Taipei Mass Rapid Transit underground system is one of the examples. The Taipei Basin has a several hundred meter thick sedimentary layer, which includes the Sung-Sun stratum, Ching-Mei Stratum and Hsin-Chaung Stratum. The surface 60 meter thick Sung-Sun stratum is very soft and has a lot of drift woods. Unfortunately, the drift woods have caused many disasters in the tunnel construction of Taipei Metropolitan Rapid Transit system. In order to prevent them from happening, the drift wood area has to be grouted again. The purpose of this research is to select the proper supplementary grouting method to be used to ensure the safety of the underground tunnel excavation.

This study first investigates the grouting methods to be considered and determines the evaluation factors to be used in the ground improvement, and then it establishes an evaluation structure table. Furthermore, the Analytic Hierarchical Process is used to determine the weighted value for each factor. Finally, the selection is verified by using the Hsin-Chung line of the Taipei Mass Rapid Transit system as a case study. The selection process presented can be used as a guide for designing and constructing the underground tunnel.

(5)

目 錄

圖 目 錄... VII 表 目 錄...IX

第一章 緒論... 1

1.1 研究動機... 1

1.2 研究目的... 1

1.3 研究範圍... 2

1.4 研究方法... 2

1.4.1 文獻回顧法... 2

1.4.2 問卷調查法... 2

1.4.3 建立評估指標與架構... 2

1.4.4 案例測試與分析... 3

1.5 研究流程與步驟... 3

本研究研究流程如圖1.1 所示。... 3

第二章 文獻回顧... 5

2.1 台北盆地大地工程相關特性... 5

2.1.1 台北盆地地質特性... 5

2.2 台北盆地流木分佈對地下工程之影響... 9

2.2.1 台北盆地地下流木分析... 9

2.2.2 流木對工程施工之影響... 14

2.3 地盤改良定義... 15

2.4 地盤改良之程序... 15

(6)

2.4.1 規劃... 16

2.4.2 設計... 16

2.4.3 施工... 17

2.5 地盤改良工法的選定... 17

2.5.1 儘量不擾動原軟弱地盤... 17

2.5.3 改善地盤土體本身為最佳的地盤改良方式 ... 18

2.5.4 設計預測的改良效果與實際結果相違乃不可避免 ... 18

2.6 低壓灌漿... 18

2.7 高壓灌漿... 19

2.8 二重管(J.S.G)工法描述... 19

2.9 三重管(X-JET)工法描述... 19

2.10 層級分析法(AHP)... 20

第三章 補灌漿原因及工法種類特性... 33

3.1 地盤改良補灌原則... 33

3.1.1 補灌連絡通道試水檢驗標準... 33

3.1.2 滲水可能原因分析施... 36

3.2 灌漿工法種類... 36

3.2.1 施灌機制分類... 36

3.2.2 灌漿材料分類... 43

第四章 問卷調查分析... 58

4.1 問卷設計架構及分析方法... 58

4.2 評估因子層級架構之建立及分析... 58

4.2.1 第一次問卷調查結果分析... 58

4.2.2 第二次問卷調查結果分析... 60

4.3 評審項目層級架構之確立... 66

(7)

4.4 權重之調查... 67

4.5 建立評分表... 72

第五章 案例驗證... 74

5.1 評選操作流程... 74

5.2.1 聯絡通道(CP7)改良體補充灌漿地盤處理工程... 75

5.2.2 聯絡通道(CP9)改良體補充灌漿地盤處理工程... 87

5.3 綜合結果分析... 95

第六章 結論及建議... 96

6.1 結論... 96

6.2 建議... 96

附錄一 專家問卷訪談名單... 100

專家名冊及工程背景資料統計... 101

附錄二 專家問卷第一回合問卷... 102

附錄三 專家問卷第二回合問卷... 105

附錄四 專家問卷第三回合問卷... 109

附錄五 專家問卷第四回合問卷... 116

(8)

圖1.1 研究流程圖... 4

圖2.1 台北盆地地層剖析圖... 6

圖2.2 中和線潛盾機掘進時遭遇流木而受阻圖... 8

圖2.3 鑽孔貫穿黏土封底層導致災變圖... 9

圖2.4 板橋線通風豎井A災變示意圖 ... 9

圖2.5 台北盆地地下流木資料蒐集成果圖... 14

圖2.6AHP 層級結構示意圖... 22

圖2.7 完整層級示意圖... 23

圖2.8 應用AHP法分析流程圖 ... 29

圖3.1 試水施工流程圖... 35

圖3.2 各式灌漿工法示意圖... 40

圖3.3 雙重管複合工法施工步驟圖... 47

圖3.4 雙環塞灌漿工法施工順序圖... 50

圖3.5 引孔施工... 51

圖3.6 鑽孔施工... 51

圖3.7CB灌漿施工... 52

圖3.8SL灌漿施工 ... 52

圖3.9 密閉式、開放式循環系統圖... 54

圖3.10 密閉式循環系統圖... 54

圖4.1 第一次問卷調查之評審主項目架構圖... 59

圖4.2 第二次問卷評估次項目準則架構圖... 62

圖4.3 層級架構圖... 66

圖4.4 主項目權重MICROSOFT EXCEL 試算圖例... 68

(9)

圖4.5 次項目權重MICROSOFT EXCEL 試算圖例... 69

圖5.1 工法選定流程... 74

圖5.2 研判改良不良圖... 76

圖5.3CP7 地質剖面圖 ... 77

圖5.4 挖掘流木... 78

圖5.5 現場試水... 78

圖5.7CP9 地質剖面圖 ... 88

(10)

表2.1 地下流木相關資料彙整表... 10

表2.3 隨機指標... 27

表3.1 擠壓灌漿材料配比例... 39

表3.2 選擇灌漿材料時考慮之基本條件... 44

表3.3 考慮土壤性質不同所使用之灌漿材料... 45

表3.4 各種灌漿工法之特徵與比較... 46

表3.5 凍結方式比較... 55

表4.1 評審第一次問卷之「主項目」... 60

表4.2 評審第一次問卷之「主項目」篩選及統計結果... 60

表4.3 地盤改良補灌漿工法選擇之研究指標說明表... 61

表4.4 第二次問卷調查評估次項目準則調查表填寫範例... 63

表4.5 第二次問卷調查評估次項目準則調查表... 63

表4.6 第二次專家問卷調查統計表... 65

表4.7 評估主項目之權重分析表... 68

表4.8 評估主項目之權重調查統計結果... 69

表4.6 評估次項目(安全因子)之權重分析表... 70

表4.10 評估次項目之權重調查統計結果... 70

表4.11 評估次項目(成本因子)之權重分析表... 71

表4.12 評估次項目(成本因子)之權重調查統計結果... 71

表4.13 評估次項目(工期因子)之權重分析表... 71

表4.14 評估次項目(工期因子)之權重調查統計結果... 71

表4.15 評估次項目(環境因子)之權重分析表... 72

表4.16 評估次項目(環境因子)之權重調查統計結果... 72

(11)

表4.17 補灌漿工法評分表... 73

表5.1 聯絡通道坑內水平試水記錄表... 79

表5.2CP7 下行線水平試水紀錄表 ... 79

表5.3 工法評選因子整合... 81

表5.4 各工法權重計算結果... 85

表5.5 各次要評估因子權重值... 86

表5.6 工法權重排序... 87

表5.7CP9 上行線水平試水結果 ... 89

表5.8 工法評選因子整合... 90

表5.9 各工法權重計算結果... 94

表5.10 工法權重排序... 95

(12)

第一章 緒論

1.1 研究動機

由於台北盆地為一構造斷陷盆地,自更新世中晚期開始,台北盆 地下陷至海平面附近,並開始回填沉積物,初期以沖積扇和河相堆積 物為主,隨著盆地不斷下沉,河湖相的堆積物愈來愈多。至全新世初 期,大約一萬年前,因海水入侵而形成半淡水湖,由淡水河系沉積物 不斷前積而成。台北捷運多屬地下施工,地下隱伏流木對地下工程,

尤其是地盤改良及隧道工程會造成困擾並影響施工品質,且稍一不慎 即可能釀成災害[1],由於捷運新莊線縣轄段隧道工程,於隧道鑚掘期 間,亦遭遇大量流木由於台北盆地地下水位甚高,若地盤改良不確實 或其它因素無法包覆流木易延著流木造成水路導致塌陷;雖然聯絡通 道於潛盾隧道鑽掘前業已完成地盤改良 JSG(Jumbo Special Grout)工 法,且經垂直試水並無異常狀況,惟潛盾隧道鑽掘後,聯絡通道開挖 前再經水平試水,超過一半以上之聯絡通道,必須再作補灌漿作業,

考量工期、費用、施工環境、契約、技術層面等可能之因素,希借由 專家訪談、分析及文獻資料,探討合理之工法。

1.2 研究目的

地盤改良工程之改良對象為工程性質較為軟弱之土壤,不同地質 遭遇流木時,地盤改良之工法亦不盡相同。本研究目的:

一、 歸納分析地盤改良補灌漿工法變數因子,建立評估架構:

探討地盤改良灌漿工法之特性,歸納分析變數因子,找出關鍵性 因子,並建立評估架構表,作為決策者評選工法參考依據。

(13)

二、 建立工法評選流程及選擇機制

建立遭遇流木時地盤改良工法選擇之模式,再經由實際施作案例 來加以佐證。

1.3 研究範圍

本研究將以包括低壓灌漿、高壓灌漿..等各種地盤改良工法之理論 依據,配合地盤改良工法選擇主要考慮因素:改良目標、面積範圍、

土壤性質、環境衝擊及影響、工期、成本、施工難易度等,再以新莊 線之聯絡通道地盤改良(JSG、DP、LW 工法)為研究對象,作為本文 探討之範圍。

1.4 研究方法 1.4.1 文獻回顧法

蒐集相關書籍、專刊、期刊、論文等資料,回顧有關大地工程相 關文章,瞭解工法選擇模式,整合出一套地盤改良的選擇機制,使能 較客觀、精確的方式評選出最適合該地質改良之工法。

1.4.2 問卷調查法

針對法規、文獻資料、契約要求,以問卷問題方式向工程顧問公 司大地工程人員問卷調查,以檢驗初步指標並獲得最新研究現況資 訊、增加實務性。

1.4.3 建立評估指標與架構

藉由前述蒐集彙整之初步指標來源,進而針對指標內容說明,並 以層級分析法(Analytic Hierarchical Process)計算指標權重。

(14)

1.4.4 案例測試與分析

針對法規、文獻資料、契約要求,以問卷問題方式向工程顧問公 司大地工程人員問卷調查,以檢驗初步指標並獲得最新研究現況資 訊、增加實務性。

1.5 研究流程與步驟

本研究研究流程如圖1.1 所示。

1. 確認研究動機、目的、範圍、方法及內容。

2. 文獻回顧。

3. 分析,探討灌漿工法特性及適用性。

4. 建立評估指標與架構。

5. 案例驗證。

6. 結論與建議。

(15)

圖1.1 研究流程圖 確定研究動機與目的

確定研究範圍與內容

相關文獻回顧

工法特性分析

建立選擇模式

結論與建議 評選模

評估準則之建立 評估理論之探討

案例研判

相關灌漿工法蒐集

修正

(16)

第二章 文獻回顧

2.1 台北盆地大地工程相關特性 2.1.1 台北盆地地質特性

台北盆地是約在一萬年前由於板塊運動而導至地層下陷而形成。

由於海水入侵,在數千年前仍是一個大湖。大漢溪、基隆河及其支流 帶來大量的泥沙,在湖底累積成數百公尺厚的沉積層,包括松山層、

景美層、新莊層等。以工程的眼光而言,在表面厚達60 公尺的松山層,

如圖2.1 所示,松山層有六個次層,這六個次層在巿中心區尤為明顯。

一般而言,松山層的所有六個次層都相當鬆軟,所以在松山層中進行 深開挖時,連續壁都相當的厚、也相當的深,才能減少壁體變形以及 阻絕滲流,以避免地表沉陷以及因地表沉陷所導致之鄰房損害。

除此之外,在進行深開挖時,地下水也是一個十分重要的考量。

在捷運工程施工期間發生的災變大都與地下水有關,而松山層下的景 美礫石層更是幾個大型災變的罪魁禍首。由於超抽地下水,景美層中 的水頭曾經下降超過40 公尺,地表嚴重沉陷。在翡翠水庫完成後,自 來水供應普及,而政府也明令限制抽取地下水,景美層中的水頭才明 顯回升,地表沉陷趨緩甚至停止。地表不再下沉固然可喜,但水頭之 上升使得開挖之安全性降低,不得不慎。

另外在景美層與松山層之介面處常有沼氣存在,這也是格外值得 注意之處。如眾所周知,沼氣不但足以致命,如果濃度過高甚至有自 爆的危險。幸好在捷運工程設計時即已注意到這一問題,在施工規範 中訂定因應措施,在施工時各相關單位也能防範得宜,並未造成嚴重 困擾。

松山層中有大量流木存在,過去在進行深開挖時就常有流木出現

(17)

在工區。而在捷運施工期間也在多個工區挖出巨大流木,很幸運地,

在明挖段流木並未帶來太大的困擾。但是流木對隧道工程之影響可就 大了,在中和線隧道施工時曾因遭遇流木而致潛盾機動彈不得之情 事,而在幾次大型災變中,固然景美層是罪魁禍首,但是流木也是幫 凶[1]。

高程 = 海平面 + 100 公尺

1 3 0 1 2 0 1 1 0 1 0 0 9 0 8 0 7 0 6 0 5 0

1 3 0 1 2 0 1 1 0 1 0 0 9 0 8 0 7 0 6 0

0 1 2 3 k m 5 0 比 例 尺

( 南 ) 新 店

( 北 ) 台 北 火 車 站 北 投

高 程 = 海 平 面 + 1 0 0 公 尺 松 山 層

粉 質 黏 土 粉 質 砂 土

礫 石砂 岩 凝 灰 岩 頁 岩

1 3 0 1 2 0 1 1 0 1 0 0 9 0 8 0 7 0 6 0 5 0

1 3 0 1 2 0 1 1 0 1 0 0 9 0 8 0 7 0 6 0

0 1 2 3 k m 5 0 比 例 尺

( 南 ) 新 店

( 北 ) 台 北 火 車 站 北 投

高 程 = 海 平 面 + 1 0 0 公 尺 松 山 層

粉 質 黏 土 粉 質 砂 土

礫 石砂 岩 凝 灰 岩 頁 岩

圖2.1 台北盆地地層剖析圖[1]

本研究參考朱旭、宮能文、段紹緯(1997)[2],「台北盆地流木分佈 對地下工程之影響」,分析如下:

在台北巿區進行地下室開挖時時常有流木的出現,長達 5 公尺、

直徑達 1 公尺的流木並不罕見,而這些流木由外表看來還蠻新鮮。在 板橋 2 號探測井 9 公尺深之處所挖掘出的流木,經檢定其樹齡約為 6,760 年,在 23 公尺深之處所挖掘出的流木經檢定樹齡約為 7,950 年[2]。

很不幸地,流木郤造成捷運的隧道工程多次災變。雖然在設計階

(18)

段即已知到流木存在之事實,但是確無法確知流木會在何地出現。所 以在設計及施工規範中即要求潛盾機要有足夠的馬力及切削能力以克 服障礙,但是基於成本的考量不可能要求每部潛盾機都是削鐵如泥的 巨無霸、鐵金鋼,適度的風險分擔才是業主的最佳利益。而事實上,

在自隧道排出的土中常見大量的木屑,這可以証明,只要流木不是太 長太粗的話,潛盾機都能削過。但在中和線的上行隧道自景安站鑽掘 至永安巿場站前方200 公尺處郤遭遇到極大困難,如圖 2.2 所示。先是 進行不順,後來越走越慢,到距離永安巿場站 150 公尺時終於被流木 完全卡住無法前進。更遭的是,切刃不斷空轉,附近的土體不斷地進 入土倉內而在馬路上造成一個大空洞。由於中和地區交通本即雍擠,

景安路又是一條特別繁忙的幹道,為免對交通造成過大沖擊,避免以 工作井方式排除障礙,只好在盾首前方進行地盤改良,方便工作人員 出到機外搶救。最後自切刃盤前方取出一截 40 公分長,另一截 50 公 分長的流木。根據推進紀錄看來,這兩截流木可能被推進了50 公尺,

而且也可能已經被削去了一大截,原來會更長。

上一節曾介紹由於景美層的水大量湧入開挖區而造成災變的三個 案例。第一個案例是在中和線的通風豎井與隧道的柔性接頭時,地下 水自隧道下方湧入。因為湧水口相當接近景美層,止水困難可以想見。

第三個案例,如圖2.3 所示,是因為鑽孔貫穿黏土層直通景美層,形成 水路,這也不難理解。第二個案例則耐人尋味,因為湧水口距景美層 尚有20 公尺之遙,照理不應該無法止水才是。在以冰凍工法將洞口封 住、井內淤水抽乾後,在潛盾機的下方發現一截流木,同時在這截流 木附近發現一截塑膠管。因此研判這塑膠管是直通景美層的一口已經 棄置的抽水井,其四周原本應該有空隙讓景美層的水湧入。但是因為 在隧道鏡面四周本來就曾經以高壓噴射灌漿工法進行地盤改良如圖

(19)

2.4 所示,這空隙理應已經被封閉,而且在這兒的地盤改良是以三重管 施作(CJG),品質相當地好,照理改良區不至於被水流淘空。因此懷疑 塑膠管旁這流木在潛盾機推擠之下,攪動了地盤改良區,造成水路,

附近的土、砂得以被帶入通風豎井之內,終於造成捷運初期路網工程 中最嚴重的一次災變。

復興北路機場穿越道的推管作業也曾因流木而受阻,在自 C 工作 井推往 D 工作井的過程中,推管機被流木卡住,無法前進,只好自地 面施作一個臨時工作井,由工作人員下到井內將流木挖除,其中兩截 流木長約半公尺,直徑約20 公分。為了這小小兩截流木,大費周章、

耗費了不少時日,但也無可奈何,幸好一切順利沒有其他意外發生[1]。

5m 5m 4m

4m 20m 114m 12m

GL.=RL107m

GL.-13.4m

TAM C/B Jet Grouting

Existing Jet Grouting

Station O17 Drift wood

5m 5m 4m

4m 20m 114m 12m

GL.=RL107m

GL.-13.4m

TAM C/B Jet Grouting

Existing Jet Grouting

Station O17 Drift wood

圖2.2 中和線潛盾機掘進時遭遇流木而受阻圖[1]

(20)

VI

V IV

III

II I

CL/ML

SM/ML CL/ML

CL/ML SM/ML

SM

89.0 m

80.0 m

104.5 m 100.0 m

94.0 m

64.5 m 59.5 m 60.5 m

56.4 m 59.4 m

Chingmei Gravels Strut 23.25 m

Piezometer VI

V V IV IV

III III

II II II

CL/ML

SM/ML CL/ML

CL/ML SM/ML

SM

89.0 m

80.0 m

104.5 m 100.0 m

94.0 m

64.5 m 59.5 m 60.5 m

56.4 m 59.4 m

Chingmei Gravels Strut 23.25 m

Piezometer

圖2.3 鑽孔貫穿黏土封底層導致災變圖[1]

Fishing poo l

S ettlem ent 1.456m

Settlem ent 0.967m S egm ent

E L.89.5 G L. (E L.103)

Settlem ent 0.072m

S and D eposited Shield

100m m D .W D eform ed

Shape O riginal Shape

C W 1 C JG

S ettlem ent 0.750m S ettlem ent

0.202m S ettlem ent

0.041m Spurting W ater

G round after S ettlem ent

流 水 及 PV C 管 位 置 Fishing poo l

S ettlem ent 1.456m

Settlem ent 0.967m S egm ent

E L.89.5 G L. (E L.103)

Settlem ent 0.072m

S and D eposited Shield

100m m D .W D eform ed

Shape O riginal Shape

C W 1 C JG

S ettlem ent 0.750m S ettlem ent

0.202m S ettlem ent

0.041m Spurting W ater

G round after S ettlem ent Fishing poo l

S ettlem ent 1.456m

Settlem ent 0.967m S egm ent

E L.89.5 G L. (E L.103)

Settlem ent 0.072m

S and D eposited Shield

100m m D .W D eform ed

Shape O riginal Shape

C W 1 C JG

S ettlem ent 0.750m S ettlem ent

0.202m S ettlem ent

0.041m Spurting W ater

G round after S ettlem ent Fishing poo l

S ettlem ent 1.456m

Settlem ent 0.967m S egm ent

E L.89.5 G L. (E L.103)

Settlem ent 0.072m

S and D eposited Shield

100m m D .W D eform ed

Shape O riginal Shape

C W 1 C JG

S ettlem ent 0.750m S ettlem ent

0.202m S ettlem ent

0.041m Spurting W ater

G round after S ettlem ent

流 水 及 PV C 管 位 置

圖2.4 板橋線通風豎井 A 災變示意圖[1]

2.2 台北盆地流木分佈對地下工程之影響 2.2.1 台北盆地地下流木分析

由所蒐集既有之資料顯示,有比例頗高的流木發現在台北市萬 華、中正、景美等區及台北縣永和、板橋和部份中和地區,對照圖2.5 之地質分區,主要分佈在T1、T2、H1、B1、和 B2 區,其中 T1 和 B1 區樹幹型流木比例較高。

由流木分佈深度上探討,可以發現樹幹型流木主要分佈在地表下8 至12 公尺間,其次 T2 和 B2 區松山層第五次層為粉土層粗至中細砂偶

(21)

夾礫石,其發現流木雖亦多,但大型流木較少且很多為木片,其分佈 之深度範圍亦較廣。

為於 T2、B2 區之華江橋附近,可於深度 30 公尺左右之工程中發 現許多流木,但位於上游T1、B1 區中正橋南側捷運中和線之過河隧道 施工,其深度雖亦達30 公尺,但流木分佈密度已明顯降低。由台北盆 地松山層之沉積厚度分佈來看,從景美地區向西北方五股、蘆洲一帶 這種流木主要分佈深度範圍加深之現象是有可能的。

由於地下流木隱埋於地表下,被地質調查鑽探孔直接鑽探之機率 甚微,且既或遇及,亦難以確定其尺寸及分佈情行。作者等人蒐集一 般民間地下開挖或公共工程單位地下施工所發現流木資料,整理如表 2.1 所示,並標示於圖 2.5 中。

表2.1 地下流木相關資料彙整表

序號 地點

發現大 約深度

M

土層 流木描

述 備註

1 中山南路、徐州路

口 l0 粉土

質砂 不大 · 台大醫院新建工程 2 中山南路上、常德

街口附近 12 粉土

質砂

4.5×0.15

m∮ 地下道工程

3 忠孝西路、館前路

口 10~20 粉土

質砂 樹頭 新光站前大樓 4 公園路、常德街口 10 粉土

質砂

1.5×0.4

m∮ 捷運新店線台大醫院站 5 中山南路 · 愛國

東路口 19 粉土

質砂 - 捷運新店線中正紀念堂

(22)

表2.1 地下流木相關資料彙整表(續)

序號 地點

發現大 約深度

M

土層 流木描

述 備註

6 羅斯福路、南昌街

口 18~20 粉土 質砂

3×0.9 m∮

捷運新店線古亭站南側 之轉轍站 7 中山南路、仁愛路

口 18~19 粉土 質砂

0.5×0.3

m∮ 國民黨中央黨部 8 水源路、師大路口 10 粉土

質砂

4×0.4 m∮

捷運新店線 CH221 通 風豎井

9 羅斯福路三段 10~15 粉土 質砂

潛盾機 絞碎

捷運新店線 CH221 標 隧道段

10 羅斯福路五段

218 巷口 10~12 砂礫 2.5×0.4

m∮ 捷運新店線萬隆站 11 羅斯福路五段景

仁街附近 13~14 砂礫 2×1 m∮

捷運新店線 cH223 標轉 轍站

12 羅斯福路六段景

文街口 13 砂礫 - 捷運新店線景美站

13 羅斯福路六段東

前路口 15 砂礫 - 捷運新店線景美站

14 新店北新路三段

民權路口 12~13 砂礫 - 捷運南港線小南門站 15 愛國西路、重慶南

路口 15~18 粉土 質砂

0.3×0.1 m∮

捷運南港線 CN 乃 l 標 隧道段

16 愛國西路、延平南

路口附近 10~20

粉土 質砂 及砂 質粉 土

0.3×0.1 m∮

捷運板橋線 CP261 標通

風井 B

(23)

表2.1 地下流木相關資料彙整表(續)

序號 地點

發現大 約深度

M

土層 流木描

述 備註

17

和平西路三段底

華江橋頭 18~19 粉質 砂

0.5×0.3 m∮

捷運板橋線 CP261 標西 線上行隧道到達時

18 和平西路三段 15 粉質 砂

0.8×0.1 m∮

捷運板橋線 CP261 標西 線下行隧道 19 和平西路三段 15~30 粉質

砂 - 捷運板橋線 CP261 標西 線下行隧道

20 板橘華江大橋旁

新店溪下 24~32

粉土 質砂 為主

0.7×0.25 m∮

捷運板橋線 CP262 標隧 道過河段下行隧道

21 板橋市文化路二

段底 27~33

粉土 質砂 為主

0.5×0.4 m∮

捷運板橋線 CP262 標隧 道段復舊工程

22

板橋市文化路二

段底 28~34

粉土 質砂 為主

0.3×0.1 m∮

捷運板橋線 CP262 標通 風井 A

23 板橋文化路二段

光武街口 10 粉土

質砂

5×1

m∮ 捷運板橋線新埔站

24

板橋文化路二 段、民生路路口 板橋文化路一段

15 粉土 質砂

十餘 處,遭潛

盾機絞 碎

捷運板橋線 CP264 標隧 道段捷運板橋線 CP264

標潛盾機迴轉井

25 和平東路二段 ·

復興南路二段口 10~12 砂礫 1.5×1

m∮ 科技大樓

(24)

表2.1 地下流木相關資料彙整表(續)

序號 地點

發現大 約深度

M

土層 流木描

述 備註

26

復興北路、民權東

路口 6~8 粉土

質砂 4×1m∮ 捷運木柵線中山國中站 出入口北側文化大樓

27

永和市福和路

389 號 7~8 砂礫 3×0.35

m∮ 振聲金融天下

28 中和市宜安路安

平路口 6~7 砂礫

( 2 ~ 3m )長

x ( 07~

08m )

華泰椰城

29

永和市永和路一

段 砂礫

樹幹 型 · 潛

盾機施 工中被 迫清土

捷運中和線 CC276 標 隧道段

30

中和市中和路

400 巷口附近 8~ 12 砂礫

( 3 ~4 m )長

x ( 05 一 o6m )

∮多處

捷運中和線永安市場站

31 永和市中山路福

和路口 10m 砂礫 4m 畏

× o6m

建築工地

資料來源:[2]

(25)

圖2.5 台北盆地地下流木資料蒐集成果圖[2]

2.2.2 流木對工程施工之影響

地下流木對於地下工程之影響,可就擋土結構、深基礎、地盤改 良及隧道施工等方面探討。

在地盤改良方面,高壓噴射灌漿遭遇到地下流木樹幹或較大塊狀 流木,即可能影響超高速噴射水或灌漿液對地盤之切削效果,而成為 灌漿死角,以致無法達到地盤改良預期固結體直徑或形狀。這種情行

(26)

之砂性地層中開挖施工,其柱狀改良體無法有效重疊,致使不能達到 止水的目地。即或事先曾用藥液止水灌漿,若流木太大,施工過程中 也可能因施工機具對流木的擾動或振動,連帶影響地盤改良體的完整 性或連續性,而在灌漿體間產生水路,造成漏砂、漏水情況。

台北盆地之工程經驗顯示,土層性質局部差異變化及施工控制經 驗與技術,本就易影響地盤改良之成效,若於地下水位高且透水性佳 之軟弱砂性地層中進行潛盾工程之鏡面破除、聯絡通道施工,或因擋 土結構施作困難而以固結灌漿體替代擋土等等,原本施工風險就高,

而該工程又在流木分佈集中區域及主要分佈深度範圍內施工,將倍增 其施工風險性,實不可不慎。故在地下流木較多區域進行前述工程施 工時,切勿過於自信於地盤改良灌漿體之強度與效果,必要時尚須配 合其它輔助工法來施工[2]。

2.3 地盤改良定義

工程施工時,為因應基地地層之工程性質軟弱情形,常需以適當 之方法改良地層,使其整體工程性質能符合構造物之設計與施工需 求。用夯實、壓密、脫水、固結或置換等物理或化學原理以增加地層 強度,減少壓縮性、改變透水性及改善地層動態性質之方法,較廣泛 之定義則尚包括於地層中設置補強物形成複合土體,以改良地層整體 工程性質之設計觀念。地層改良之基本目的包恬增加強度、抑制變形、

促進壓密速率、減低壓縮性、減低透水性、減小水頭差、防止液化及 減低振幅等[3]。

2.4 地盤改良之程序

地盤改良工作自軟弱土壤之工程問題發生,至地層經改良施工後

(27)

可符合構造物之設計、施工需求為止。地盤改良含有三大部分,包括 規劃、設計以及施工。以下將依上述三部分作說明[3]。

2.4.1 規劃

規劃地盤改良方法時,首先應瞭解地層條件、結構物設計條件及 結構物施工安全條件。

2.4.2 設計

地盤改良技術不論工法或理論均持續發展,而其設計上的原則應 以下述一種或一種以上的方法檢核,確認該設計理念確能克服、改善 所遭遇之工程問題。

利用較成熟的地盤改良設計理論評估該設計理念所考慮之力學機 制是否合理。

1. 依據土壤力學理論及改良後之地層構造,就可能發生之破壞模式 或壓縮行為之力學機制,研判檢討。

2. 參考比較已成功之案例之設計理念,但仍應仔細評估比較兩案間 之相同及差異條件。

3. 模擬設計理念,規劃執行現場試驗,必要時並監測地層行為變化。

4. 模擬設計理念執行室內模型試驗,但應用時須考慮尺寸效應對試 驗結果之影響。依照上述原則確定設計理念後,即可進行細部設 計。

(28)

2.4.3 施工

模擬施工為地盤改良整體工作程序中極重要之一環,其目的為確 認所選擇之改良方式,包括改良方法、改良點間距、配置、改良材料 用量、施工方式、順序、品管措施、成效檢驗方式等都適用且正確。

執行方式為在細部設計完成後,先行於工程基地內,模擬細部設計內 容,施以小規模試驗改良,而後檢驗改良成效是否可達設計時之預期 效果,部分改良方法並需監測地層行為變化,以評估改良效果之參考。

2.5 地盤改良工法的選定

地盤改良方法有很多,包括灌漿工法、拌合樁、攪拌工法…等。

而如何選定適當的工法則相當重要,地盤改良工法必須針對下列事項 予以注意[4]。

2.5.1 儘量不擾動原軟弱地盤

絕大部分的軟弱地盤,係由細粒土鬆弛堆積、脆弱的土粒子結構 構成。故在此種地盤內給予大的變形,或套管等打入土中給予擾動,

將使原已薄弱的結構組織破壞,而更為軟化,因此改良工法的選定儘 可能不擾動原地盤為佳。如排水砂樁等工法在壓密促進上,確能提高 地盤的強度,但在砂樁打設後不久,由於套管等之貫入擾動,通常該 時之強度常較原地盤強度微弱,因此急速的加載預壓常引起意外的基 礎地盤破壞,不得不慎。

2.5.2 時間(工期)為最佳對策之一

軟弱地盤予以壓密可改善地盤強度特性,提高結構物基礎的安定 性,進行壓密時間是必要的,尤以往的經驗獲得,填土預壓放置時間 愈久愈佳。因此在工期的預估上應將時間的充裕性考慮在內,不可貿

(29)

然予以縮短工期,導致欲速則不達的後果。

2.5.3 改善地盤土體本身為最佳的地盤改良方式

在許多地盤改良工法中,有採柱狀的深層混和處理工法,這類比 較上剛性的結構物由其承擔上部荷重,則柱狀周圍原軟弱土層仍然以 原來的軟弱性能存在,故當剛性結構物在耐久性發生問題時,則荷重 將轉移至原軟弱地盤負擔,如此,可能又恢復到原分析時之地盤承載 力不足的問題。因此,在設計面及耐久性面應採取地盤土體本身使之 改善方為上策。

2.5.4 設計預測的改良效果與實際結果相違乃不可避免

由壓密理論計算預測的沈陷量與實際發生的沈陷量有很大的差異 事實,瞭解土壤工學的理論仍然尚在未成熟階段。即使能提高設計計 數及計算的精度,但要合於其精度,提供土壤力學情報用的調查、試 驗技術仍然落後,在此情況下,期待設計之地盤改良能達到預期效果,

實有所難。因此在地盤改良工法的設計、施工上,技術員必須牢記正 確的經驗判斷遠勝一切。

2.6 低壓灌漿

低灌漿包括擠壓、滲透與脈狀三種。擠壓方式是將低坍度之漿液 灌注入土層內,把出漿口附近土壤向外排擠,並形成漿液固結體以壓 實周圍之土壤。而滲透灌漿,則是在不改變土壤顆粒原本結構下,以 灌漿液滲透入土壤顆粒間之孔隙,來取代水與土中空氣。而脈狀灌漿 則是以灌漿液劈裂土層,形成手指狀、樹枝狀或礦脈狀之改良體以達 到擠壓之效果[5]。

(30)

2.7 高壓灌漿

高壓噴射灌漿工法被 ASCE(1980)定義為:利用鑽桿末端鑽頭所 噴射出之垂直方向水流,以向下鑽孔。在鑽桿緩緩向上提升的同時,

在水平方向的噴嘴中噴出水或空氣或水泥漿以形成堅硬不透水的改良 柱體[6]。

高壓噴射灌漿工法是日本首先開發的,它是利用超高壓幫浦產生 具超強運動能量之噴射流,經過特殊射裝置噴出,切削地層之同時,

以固化材料混合或置換形成圓柱型改良土體之地層改良工法。本工法 為台灣最常使用之工法,實績豐碩,目前使用之高壓噴射灌漿機具分 日系和歐系兩種[7,11,12-14]。

2.8 二重管(J.S.G)工法描述

二重管高壓噴射工法除漿液經由高壓噴射產生水劈效果擾動及攪 拌土壤外,另藉由大量空氣匯流至噴流中心點產生強力風劈並增加土 顆粒脈動,又因空氣流體動壓穿透砂土帶動水泥漿液流竄,進而產生 大面積脈狀固結體;空氣流體動壓作水平切削時受土壤阻力影響,壓力 與流速逐漸降低及減緩,此時將因覆土壓力及氣體於液體中之浮力作 用迫使空氣往地表竄昇,再藉由氣體流動竄昇將土壤所受應力一併宣 洩出地表,並將略帶水泥成分之置換土壤填充於孔隙較大之為改良區 域[7,11,13,23,25]。

2.9 三重管(X-Jet)工法描述

乃超高水壓產生交叉噴流(Cross Jet)方式,切削擾動並破壞地盤 構造,再將切削後之土壤排出地表,並以硬化材填充地盤空隙,藉以 達到固結地盤目的。其中所謂的交叉噴流,乃是以兩個有交叉角度之 高壓水刀所產生之噴流[15]。

(31)

2.10 層級分析法(AHP)

層 級 分 析 法 (Analytic Hierarchy Process, AHP) 為 1971 年 ThomasL.Saaty 所發展出來,主要應用在不確定(Uncertainty)情況下及 具有多數個評估準則的決策問題上。由於在面對複雜的問題時,經常 有許多交互影響的因素存在,決策者必須去決定並評估這些因素問的 相對重要性,而層級分析法(AHP)將與決策有關的各個因素,採取階層 構造的方式加以掌握,並運用成對比較的觀念,建立因素問相互間之 權重關係,條理化地解決複雜的決策問題[8-10]。

一、 層級分析法的內涵特性

近十餘年來,系統方法的發展,在社會及行為科學上已經廣泛的 應用,使得複雜的問題能夠簡化,同時建立相互影響關係的層級結構。

對於決策者而言,層級結構有助於對事物的瞭解,但在面臨「選擇當 計畫(或方案)」時,必須根據某些基準進行各可行計畫的評估,以決 定各可行計畫的優勢順位(priority),從而找出適當的計畫。

(二) 目的與假設

AHP 發展的目的,就是將複雜的問題系統化,由不同的層面給予 層級分解,並透過量化的判斷,覓得脈絡後加以綜合評估,以提供決 策者選擇適當方案的充分資訊,同時減少決策錯誤的風險性[8-10]。

AHP 方法的基本假設,主要包含下列九項[8,10]:

1. 一個系統可被分解成許多種類或成分,並形成向網路的層級結構。

2. 層級結構中,每一層級的要素均假設具獨立性(Independence)。

3. 每一層級內的要素,可以用上一層級內某些或所有要素作為評 準,進行評估。

(32)

5. 成 對 比 較 (Pairwise Comparison) 後 , 可 使 用 正 倒 值 矩 陣 (PositiveReciprocal Matrix)處理。

6. 偏好關係滿足遞移性(Transitivity)。不僅優劣關係滿足遞移性(A 優於 B,B 優於 C,則 A 優於 C),同時強度關係也滿足遞移性

(A 優於 B 二倍,B 優於 C 三倍,則 A 優於 C 六倍)。

7. 完全具遞移性不容易,因此容許不具遞移性的存在,但需測試其 一致性(Consistency)的程度。

8. 要素的優勢程度,經由加權法則(Weighting Principle)而求得。

9. 任何要素只要出現在階層結構中,不論其優勢程度是如何小,均 被認為與整個評估結構有關,而並非檢核階層結構的獨立性。

(三) 層級與要素

層級為系統架構的骨幹,用以研究階層中各要素的交互響,以及 對整個系統的衝擊(Impact)。層級的結構可以從整體目標(Apex)、子目 標(Subobjectives)、影響子目標的力素(Forces)、影響力素的人們、人們 的目標及政策(Policies)、更遠的策略(Strategies),最後則為從這些策略 所得到的結果(Outcomes)等,從而形成多重層級。層級的多寡,端視系 統的複雜性與分析所需而定[8-10]。

1. 層級結構化的要點

將影響系統的要素加以分解成數個群體,每群再區分成數個次 群,逐級分解下去建立全部的層級結構,如圖 2.6 所示。在分析組群時,

應注意下列各點:

(1) 最高層級代表評估的最終目標。

(2) 儘量將重要性相近的要素放在同一個層級。

(3) 層級內的要素不宜過多,依 Saaty 的建議最好不要超過 7 個,超 出者可再分層解決,以免影響層級的一致性。

(33)

(4) 層級內的各要素,力求具備獨立性,若有相依性(Dependence)存 在時,可先將獨立性與相依性各自分析,再將二者合併分析。

(5) 最低層級的要素即為替代方案。

圖2.6 AHP 層級結構示意圖[10]

2. 建立層級的優點

依據Saaty(1977,1980)的說明,建立層級結構句有以下優點:

(1) 利用要素個體形成層級形式,易於達成工作。

(2) 有助於描述高層級要素對低層級要素的影響程度。

(3) 對整個系統的結構面與功能面,能詳細的描述。

(4) 自然系統都是以層級的方式組合而成,而且是一種有效的方式。

(5) 層級具有穩定性(stability)與彈性(flexibility),也就是說微量的改 變能形成微量的影響,同時新層級的加入,對一結構良好的層級 而言,並不會影響整個系統的有效性。

3. 層級的種類

將一個複雜的系統分解及結合後,所建立的層級結構包括二種:

(34)

hierarchy)。

(1) 完整層級如圖 2.7 所示,顯示第 ι 與第 ι+1 層內的要素間均有關 聯,即有完整的連線並不會影響整個系統的有效性。

(2) 不完整層級,顯示第 ι 與第 ι+1 層內的要素間,並不是都有關 聯,即沒有完整的連線。

圖2.7 完整層級示意圖[10]

4. 相依與獨立

處理複雜問題的能力,受到某些因素的限制;相依性與獨立性的 概念,即為一例,而且在實際處理問題時,有必要加以考慮(Saaty and Takizaw,1986)。

相依性大致可區分為二類,第一類為機能的或定性的相依性 (functional or qualitative dependence),第二類為結構的或定量的相依 性。相依性評量的方法包括以下二種比較:

(1) 相對的比較(relative comparisons):即在已知的屬性(attribute)下,

進行成對比較,因此是一種尺度化(scaling)的比較。

(35)

(2) 絕對的比較(absolute comparisons):即僅使用一種尺度作為評量 的標準,進行評估,因此是一種評分化(scoring)的比較。

(3) 評估尺度

層級結構構建完成後,接下來就是評估的工作。AHP 的評估是以 每一層級的上一層要素,作為對下一層要素評估的依據。簡言之,就 是將某一層級內的任二個要素,以上一層級的要素為評準,分別評估 該二個要素對評準的相對貢獻度或重要性。這種過程就是把複雜的問 題分解為成對的比較,減輕評估者的思考負擔,而能專注在二個要素 間的關係[8-10]。

AHP 評估尺度的基本劃分包括五項,即同等重要、稍重要、頗重 要、極重要及絕對重要等,並賦予名目尺度1、3、5、7、9 的衡量值;

另有四項介於五個基本尺度之間,並賦予 2、4、6、8 的衡量值。有關 各尺度所代表的意義,AHP 在處理認知反應的評估得點時,則採取 比率尺度的方式,詳見表 2.2。

(36)

表2.2 AHP 評估尺度意義及說明 評

估 尺 度

定 義 說 明

1 同等重要(Equalimportance) 兩項計畫的貢獻程度具同 等重要性

3 稍重要(Weak importance) 經驗與判斷稍微傾向喜好 某一計畫

5 頗重要

(Essential importance)

經驗與判斷強烈傾向喜好 某一計畫

7 極重要(Very Strong importance) 實際顯示非常強烈傾向喜 好某一計畫

9 絶對重要(Absolute importance) 有足夠證據肯定絶對喜好 某一計畫

2,4

6,8 相鄰尺度之中間值(Intermediate

Values) 須要折衷值時

資料來源:[8,10]

5. 層級分析法之分析步驟

利用AHP 進行決策問題時,主要包括以下三個階段:[9]

(1) 建立層級結構

處理複雜問題時,利用層級結構加以分解,建立相互獨立的層級 化關係,每一層級的要素不宜超過 7 個,可進行合理的比較,並可保 證其一致性。

(2) 各層級要素間權重的計算

處理複雜問題時,利用層級結構加以分解,建立相互獨立的層級 化關係,每一層級的要素不宜超過 7 個,可進行合理的比較,並可保 證其一致性。各層級要素間權重的計算,此一階段可區分為三個步驟:

(3) 建立成對比較矩陣

(37)

某一層級的要素,以上一層級某一要素作為評估基準下,進行要 素間的成對比較。若有n 個要素時,則需進行 n(n-1)/2 個成對比較。

成對比較時所使用的數值,分別每一評估值為1/9 或 1/8, ,1/2,1,

2,3, ,8,9,將 n 個要素比較結果的衡量,置於成對比較矩陣 A 的上三角形部份(主對角線為要素自身的比較,故均為1),而下三角 形部份的數值,為上三角形部份相對位置數值的倒數,即 aji=1/aij。

有關成對比較矩陣的元素,如下所示(2.1)式所示。

(2.1)

i 求取特徵值與特徵向量

成對比較矩陣得到後,即可求取各層要素的權重。使用數值分析 中常用的特徵值(Eigenvalue)解法,找出特徵以向量或稱優勢向量 (Priority Vector),以近似求法求解最大特徵值 λmax。

ii 一致性檢定

若成對比較矩陣A 為正倒值矩陣,要求決策者在成對比較時,能 達到前後一貫性,這是相當困難的。因此需要進行一致性檢定,作成 一致性指標(Consistency Index,C.I.),檢查決策者回答所構成的成對比 較矩陣,是否為一致性矩陣,所做的判斷的合理程度如何?是否不太一 致?或有矛盾現象?以及時修正,避免造成不良的決策。

一致性的檢定,除用於評量決策者的判斷外,尚可用於整個層級 結構。由於各層級間的重要性不同,所以要測試整個層級結構是否具 一致性。

(38)

(4) 基準下判斷矩陣的一致性檢定

由於決策者或專家的判斷無法定全滿足一致性,因此需利用以下 的一致性指標(Consistency Index,C.l.)衡量,即

C.I.=

1 max

n

λ n

(2.2)

Saaty(1977)建議 C.I <0.1 最佳,但最大可容許偏誤為 C.I.<0.2。

AHP 利用一致性比率(ConsistencyRatio,C.R.)來衡量比較矩陣的整體一 致性,若C.R.<0.1 時,則一致性程度才能獲得保證。

一致性比率(C.R.)為一致性指標(C.I.)與隨機指標(RandomIndex,

R.I.)之比值,如下式所示。

C.R.=

. .

. .

I R

I

C

(2.3) 式中 C.R.=一致性比率

C.I.=一致性指標 R.I.=隨機指標

當 C.I=0 時,表示前後判斷完全具一致性;而 C.I>0 則表示前後 判斷不連貫,故Saaty 建議 C.I<0.1 為可容許的偏誤。此外,隨機指標

(R.I)可由隨機指標表查得,如表 2.3 隨機指標表。

表2.3 隨機指標

階數 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

R.I 0.00 0.00 0.58 0.90 1.12 1.24 1.32 1.41 1.45 1.49 1.51 1.48 1.56 1.57 1.58

資料來源:[10]

5. 級權重的計算

當應用 AHP 法處理較複雜的決策問題,而且用問卷方式調查多數

(39)

決策者或專家的偏好判斷時,則整個 AHP 法的決策程序如下(詳如圖 2.8 所示)。

(40)

圖2.8 應用 AHP 法分析流程圖[10]

規劃群體 問題描述

影響要素分析

問卷設計 建立層級結構

問卷填寫

建立成對比較矩陣

計算特徵值及特徵向量

求取一致性指標

求取各層級C.I.綜合值

替代方案之選擇 替代方案加權平均

決策群體 決策群體

求取 H.C.R.值 C.R.<.0.1

H.C.R.<.0.1

(41)

一、步驟1:決策問題的界定

根據決策問題的本質及所處系統,將可能影響決策問題的因素均 納入。此一階段同時成立規劃小組,以蒐集相關的資訊,並界定決策 問題的範圍

二、步驟2:決策群體的成立

根據決策問題所涉及的領域及複雜的程度,延聘相關領域的專 家,以成立決策群體。一般而官,專家人數不宜太多,以 5 一 15 人較 佳。

三、步驟3:構建層級結構

由規劃小組整理與歸納決策問題的相關資訊,並提供決策群體成 員參考,然後召開腦力激盪會議,以找出影響決策問題的系統因素,

包括目標、層面、準則、以及可行計畫或方案等。根據所決定的影響 要因,由規劃小組將各要因的內涵或定義加以彙整,並分送各決策群 體成員,然後再次召開決策群體會議,利用腦力激盪法以決定評估的 層級結構。另外一種處理方式,係由決策群體成員根據要因的內涵,

經由共同討論以決定要因間的二元關係,再利用 ISM 法構建評估的層 級結構;或是由每一成員決定二元關係,再利用群體偏好整合方法(可 參閱群體決策相關書籍),以決定最後的二元偏好關係,然後再利用 ISM 法構建。

四、步驟4:問卷設計與調查

根據所構建的評估層級結構,每一層級要素在上一層級某一個要 素作為評估基準下,須由決策群體專家進行成對要素相對重要程度的 判斷,因此需藉由成對比較格式,設計成問卷型式,同時問卷必須清

(42)

楚地敘述每一成對比較問題,以協助專家的判斷。根據設計好的問卷,

再附上相關的資訊,寄送或直接拜訪決策群體成員(專家),進行要素 相對重要程度判斷值的填選。

五、步驟5:成對比較判斷的檢定

根據決策群體成員(專家)填寫的問卷,可以得到許多成對比較 矩陣。根據各成對比較矩陣的資料,應用電腦軟體(ExPert choice 或自 行設計的程式),進行特徵值與特徵向量的求取,同時檢定每一成對比 較矩陣的判斷是否符一致性的要求。如果有某一個成對比較矩陣不符 合一致性時,顯示專家的判斷有混淆的現象,此時專家須對此一判斷 矩陣重新加以判斷,直至符合一致性的要求為止。由於過程繁瑣,若 用郵寄問卷方式取得專家的判斷值,勢必造成往返所耗費的時問;因 此在實務應用上,以人員直接訪問較佳,並當場檢定專家判斷的一致 性,使每一份問卷都是有效的問卷。

六、步驟6:層級一致性的檢定

就每一決策群體專家的判斷而言,若每一成對比較矩陣均符合判 斷一致性的要求時,尚需檢定整個層級結構的一致性。如果整個層級 結構的一致性程度不符合要求時,顯示層級要素間的關連性有問題,

必須從心進行層級要素的關連分析。由於此一過程將造成評估層級結 構的重新構建,所有的決策程序將重新開始,因此在實務應用上將此 一步驟省略,唯在構建層級結構時必須更加周詳的分析。

七、步驟7:專家偏好的整合

當決策者只有一位時,成對判斷的結果並不涉及偏好的整合。當 應用決策群體專家進行決策輔助時,各領域專家的偏好不同,因此所

(43)

得到成對比較的判斷值也不同,最後得到可行計畫或方案的優勢權重 也不同,此時需進行專家偏好的整合。同時依事前整合(Pool first)與事 後整合(pool last)的程序,而有不同的整合方法。如果為單一決策者問 題,此一步驟可以省略。

八、步驟8:最適計畫或方案的決定

專家判斷約符合一致性的要求後,即可決定各層級要素在最終目 標(第1 層級)下的優勢權重。最後一層可行計畫或方案的優勢權重,

即表示在整體層級所有要素考量下,達成最終目標的重要程度(即優 勢程度),優勢權重越大者,表示該計畫或方案越重要。在單一決策者 狀況下,只需求得該決策者判斷的優勢權重即可:在多數決策者(專 家)的狀況下,如用事前整合偏好方式,則可行計畫(方案)也只有 一組優勢權重,如用事後整合偏好方式,則需分別計算每一決策者(專 家)的優勢權重,再利用加權方法求取平均權重,再據以決定可行計 畫(方案)的優劣順序。

(44)

第三章 補灌漿原因及工法種類特性

大台北盆地地下工程常隱伏流木,地質鑽探亦不易發現,若工程 在流木分佈集中區域及主要分佈深度範圍內,且地下水位高及透水性 佳之軟弱砂性地層中進行潛盾工程之鏡面破除、聯絡通道施工,易影 響地盤改良之成效,將倍增施工風險性。故在地下流木較多區域進行 前述工程施工時,地盤改良灌漿體之強度與效果易失敗,必要時尚須 配合其它工法來施工補救,為求更確實達到止水與自立之要求,在中 國大陸上海地鐵聯絡通道已普遍採用冰凍工法作為此類工程之地盤改 良工法,針對國內常用補灌工法及冰凍工法整理述明如下。

3.1 地盤改良補灌原則

3.1.1 補灌連絡通道試水檢驗標準

在試水之後,發生之滲水狀況有下列兩種情形[19]:

一、改良體良好且在改良體間無空隙,但因滲透現象所產生之滲 水。

二、 地盤改良體本身因改良不完全產生之空隙,並經由此空隙產生之 滲水。

依試水檢驗之判斷,對於上述 1 項之情形,推定地盤改良體的滲 透係數藉由計算可掌握住其傾向趨勢,但是畢竟滲透係數在改良體內 只是一個假設值,其計算出之滲水量勢必很小,至於會造成施工上的 問題是在上述 2 之情形,因地盤改良體內之空隙並非一定之狀況,所 以在此情形下欲推算出滲水量是有其困難度的,基本上試水孔出水量

(45)

若呈現安定且接近上述 1 所推算出之出水量是可以被接受的,若試水 孔有水及砂之現象則需要進行止水灌漿。

本案以連絡通道滲水測試時,打開每孔止水閥門開關施測 l 分鐘,

並以量杯收集滲水量。依據發進、到達已核准之鏡面破除試水計畫來 論,若潛盾隧道整個鏡面僅滴少許清水並無滲水現象,經業主會勘現 場核可後,則可進行鏡面破除工作,每次測試時單一試水孔湧水量以 360cc/min 為管理參考值,但由於連絡通道施工狀況不同,因此需以較 嚴格之標準來判定,故連絡通道試水量乃以每孔湧水量 100cc/min 來 作為連絡通道開挖之標準,若地下水以低流速滲出大於管理參考值,

並伴隨土砂流出則即屬危險,應採取滲水補強措施。有關試水流程詳 圖3.1。

(46)

施工架組立

試水孔放樣

2英吋止水閥門 安裝

水平鑽孔至深入 環片(沉箱)外10公分

觀察是否發生 湧水湧砂現象

鑽孔至預定深度

檢核深度 是否正確

滲水量確認

試水孔完成 是否符合 試驗要求

水平灌漿

止水灌漿

NO

YES

YES

NO

NO

圖3.1 試水施工流程圖[19]

(47)

3.1.2 滲水可能原因分析施

連絡通道試水產生滲水情形之可能原因,大致可分為以下幾點,

敘述如下:

一、 環片或沉陷變形

潛盾鑽掘環片組立後或沉箱工作井開挖後因土壓關係產生些微變 形,造成環片(沉箱)與改良體間出現微小間隙,間隙延伸至地盤改良區 外,形成滲水路徑。

二、 偏樁造成間隙

灌漿時由於地面管線甚多無法依據原配樁位置施灌,故往往有甚 多斜樁產生,由於斜樁定位不易或是施工人員量測誤差而影響改良樁 施作品質,因此造成 JSG 高壓噴射灌漿施作時產生間隙,影響樁體成 型效果,導致水路發生。

三、 土中異物,影響樁體成型效果

地盤改良範圍內有浮木等異物存在,可能影響樁體成型效果,導 致水路發生。

3.2 灌漿工法種類

灌漿工法依漿液注入土壤方式之不同可概分為滲透注入式灌漿、

脈狀(劈裂) 注入式灌漿、複合灌漿、擠壓灌漿及高壓噴射灌漿等五種,

簡略說明如下[11,13,17,20]:

3.2.1 施灌機制分類

一、 滲透注入式灌漿(Permeation Grouting)

滲透灌漿使用壓力一般均不超過 10kg/cm2,在不破壞及顯改變軟

(48)

充填空隙以固結土壤,達到提昇土壤強度與止水性,降低土壤壓縮性 之目的。因此僅適用於砂土層(粘土成分含量10-15%以下)或礫石層 等滲透性較高之地層,使用之灌漿材料則多為溶液型之水玻璃系材料 或是可滲入粗粒砂土或礫石之懸濁型材料,如超微粒水泥、皂土等。

但由於乾淨之砂土與礫石並不常見,少許之細粒土壤,即易使漿液無 法順暢滲入土壤顆粒間孔隙,故純粹之滲透灌漿並不常用於國內改良 案例,而是多以脈狀(劈裂)灌漿或複合灌漿方法進行低壓灌漿改良 作業。

地層鑽孔,並以壓縮空氣和壓力水沖洗地層內之淤泥或泥砂 後,

再灌注水泥漿,強制置換現地之軟弱土壤,為改善水泥之工程性質,

水泥灌漿液中常摻入具有擴散、減水、膨脹和緩凝等功能的添加劑大 多用於壩基、隧道、橋墩、堤防護岸和路基等之空洞回填,以及岩盤 裂縫之灌注。

二、 脈狀(劈裂)注入式灌漿(Fracturing Grouting)

脈狀注入式灌漿同樣採低壓力(約 20kg/cm2)方式灌漿,其工法 較適用於滲透性較低之粉土質砂土或粘性土壤,其改良原理係利用漿 液注入之壓力對土壤造成之水力劈裂作用壓密擠實土壤,並藉漿液填 充於土壤中水力劈裂裂隙所形成之樹根狀漿脈結構以強化固結土壤。

脈狀注入式灌漿使用之灌漿材料為膠凝時間短、純膠體強度大之懸濁 型材料。由於此種灌漿方式對漿脈結構之發展不易控制,因此採用脈 狀注入式灌漿時,注入點之配置、注入量、漿液膠凝時間以及漿液逸 流之控制,需事先依地層與環境條件、灌漿目標、灌漿機具與灌漿材 料等周詳規畫,否則灌漿成效將難以掌握。

一般而言,脈狀注入式灌漿對地層之強化過程可分為壓實和隆起

(49)

兩階段,由於地層中土壤之初始應力分布是垂直應力大於水平應力,

故在灌漿初期,漿脈之形成主要往垂直方向發展,對土壤產生水平向 之擠壓,增加土壤之水平應力,若繼續灌漿,隨著水平應力增加,逐 漸逼近垂直應力,漿脈在水平方向與垂直方向之發展亦將漸趨相同,

此時注入之漿液便開始對地表產生隆起現象,工程上即常利用此種灌 漿隆起效應做為建築物之傾斜扶正工法。因此,若灌漿之目的並非在 頂昇扶正傾斜之建築物,則灌漿作業至此即可停止。再繼續灌漿,明 顯之隆起現象便會產生,此時須應對地下設施或建築物之隆起進行定 期監測,以提供灌漿程序與灌漿參數等調整之依據,期始建物頂起作 業能在嚴密之監控下進行,避免對地下設施或建築物造成二次傷害。

三、 複合灌漿(Combination Grouting)

一般於土壤中進行灌漿時,漿液首先係沿層界或夾層灌入,充填 至某種程度,形成灌漿工程上之均勻地層後,後續注入之漿液才會對 地層產生滲透作用。因此,最新之灌漿原理係先使用懸濁型漿液以脈 狀(劈裂)灌漿(先行灌漿)填充層界或夾層,或藉灌漿壓力或注入 漿液之體積對具有壓縮性之土層施以強制壓密,形成灌漿工程上之均 勻地層後,再以溶液型漿液進行滲透灌漿(二次灌漿),此即一般所 稱之複合灌漿。

一般工程上所稱之「藥液灌漿工法」或「化學灌漿工法」,其漿 液之注入方式即採前述滲透注入、脈狀(劈裂) 注入、複合灌漿等三種 低壓注漿方式。

四、擠壓灌漿(Compaction Grouting)

擠壓灌漿之原理係將碎石、砂及水泥所拌合成之低坍度(一般控

2

(50)

充孔隙,並壓密擠實土壤,以減少後續施工之沉陷,或借局部地表隆 起將已傾斜的建築扶正。通常使用砂石與水泥之混合物為漿材,其中 須有足夠之粉土(Silt)使漿材有足夠塑性,也必須有足夠之砂及碎石使 漿材有足夠之內摩擦力,在注入後不致於在土壤中產生水力劈裂到處 逸流,而會侷限在注入點附近,並形成團塊,擠壓周圍土壤,以期在 完全掌控位移之狀況下,達成擠實土壤或扶正已傾斜建物的目標。表 3.1為用在台北捷運用以頂昇建物之擠壓灌漿材料配比,依此配比所拌 合之材料坍度約5cm。

表3.1 擠壓灌漿材料配比例

碎石 砂土加粉土 水泥 水

320 kg 1040 kg 160 kg 426 kg 資料來源:[17]

在粘土中或粘土下方之砂土層中施作擠壓灌漿,由於粘土在不排 水狀況下體積不可壓縮,因此很容易達成地盤隆起之目的,但其後隨 著蓄積於粘土層中超額孔隙水壓之消散,其地表之回沉量甚至超過隆 起量,因此擠壓灌漿並不適用於粘土或上覆粘土之砂土層,捷運新店 線CH218標及CH221標之擠壓灌漿試灌資料均證實前述現象。而中和線 CN275標之試灌資料,及板橋線CP263標以擠壓灌漿成功扶正獨立基腳 建物之案例,則證實在砂礫層中施作。

擠壓灌漿可以造成地盤隆起,並有效地扶正原來傾斜之建築物。

擠壓灌漿的順序國內習慣採用較易施工之由下而上方式,但因上層土 壤尚未處理,故對注入漿液之環塞效果較差,漿液可能逸流至地表。

相較之下,採用由上而下的灌漿順序,雖須鑽穿已凝固之水泥漿塊,

增加成本與工期,唯由國外許多經驗與研究證明,對擠壓灌漿成效而

參考文獻

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