第 一 章 緒 論
1 .1 前 言
北 宜 高 速 公 路 雪 山 隧 道 各 組 通 風 豎 井 開 挖 之 施 工 方 法 ， 係 考 量 不 同 之 地 質 、 施 工 環 境 及 技 術 、 工 期 、 成 本 等 多 重 內 外 在 因 素 作 出 最 佳 之 選 擇，但 是 仍 無 法 避 免 地 質 環 境 變 化 等 無 可 預 知 之 風 險 。
開 鑿 隧 道 或 豎 井 首 重 掌 握 與 瞭 解 地 質 環 境 ， 但 是 無 論 採 取 鑽 探 或 其 他 的 方 法 ， 事 實 上 仍 無 法 全 面 瞭 解 。 控 制 地 質 之 環 境 ， 是 減 少 地 質 變 化 風 險 較 可 以 接 受 之 方 法 。 雪 山 隧 道 三 號 豎 井 開 挖 過 程 中 ， 遭 遇 盤 體 破 碎 及 豐 沛 的 地 下 水 ， 為 控 制 地 質 ， 使 用 多 種 止 水 灌 漿 工 法 ， 並 獲 得 許 多 寶 貴 經 驗 。
工 欲 善 其 事 ， 必 先 利 其 器 。 針 對 北 宜 高 速 公 路 雪 山 隧 道 各 組 豎 井 工 程 整 體 特 性 ， 在 施 工 機 具 設 備 改 善 與 更 新 後 ， 施 工 進 度 方 得 以 大 幅 改 善 超 前 。 在 傳 統 與 革 新 之 間 的 之 取 捨 抉 擇 ， 充 滿 成 本 、 工 期 、 技 術 等 多 種 因 素 之 考 量 ， 亦 值 得 作 為 日 後 工 程 施 工 之 參 考 。
1 . 2 研 究 動 機 與 目 的
開 鑿 豎 （ 斜 ） 井 相 較 於 整 體 隧 道 工 程 而 言 ， 其 工 程 量 雖 然 不 大，但 由 於 受 限 於 地 質 條 件 等 外 部 環 境 影 響 因 素 較 多 ， 其 施 工 難 度 較 大 ， 往 往 成 為 影 響 整 體 工 程 之 關 鍵 。 鑒 於 國 內 相 關 豎 井 施 工 法 比 較 與 選 擇 之 資 料 較 缺 乏 ，爰 針 對
豎 井 施 工 之 各 主 、 客 觀 條 件 ， 並 藉 相 關 豎 井 施 工 之 實 際 案 例 ， 提 出 比 較 及 研 選 建 議 模 式 ， 期 供 作 日 後 隧 道 通 風 豎 井 規 劃 、 施 工 之 參 考 。
1 .3 研 究 範 圍
1 . 3 . 1 豎 井 開 挖 施 工 方 法 之 研 選
豎 井 為 垂 直 方 向 （ 或 大 傾 角 斜 井 ） 施 工 與 隧 道 為 水 平 方 向 施 工 不 同，豎 井 工 程 之 施 工 依 開 鑿 方 式 可 分 為 沉 挖 工 法 及 昇 井 工 法 兩 大 類。沉 挖 工 法 或 昇 井 工 法 依 其 選 用 施 工 方 式 或 機 械 設 備 ， 又 有 多 種 方 式 ， 各 有 其 施 工 特 性 及 適 用 限 制 ， 當 然 各 工 法 之 成 本 、 施 工 速 率 、 技 術 要 求 及 安 全 性 等 亦 不 同 。 本 研 究 即 針 對 豎 井 施 工 之 各 主 、 客 觀 條 件 提 出 比 較 及 研 選 建 議 方 案 。
1 . 3 . 2 豎 井 開 挖 輔 助 工 法 之 研 選
豎 井 垂 直 施 工 的 環 境 ， 地 下 湧 水 之 處 理 ， 遠 較 隧 道 施 工 困 難 ； 豎 井 若 需 通 過 惡 劣 地 質 （ 如 岩 層 鬆 散 、 破 碎 、 含 水 量 高 等 ）， 無 論 採 沉 挖 或 昇 井 方 式 施 工 ， 為 克 服 豎 井 開 挖 期 間 湧 水 問 題 ， 均 另 需 採 行 有 效 之 輔 助 工 法 固 結 岩 盤 、 排 除 地 下 水 或 防 堵 地 下 水 大 量 湧 入 工 作 面。輔 助 工 法 之 選 擇 ， 亦 影 響 豎 井 工 程 之 施 工 安 全 及 順 利 ， 因 此 本 研 究 亦 對 豎 井 施 工 採 行 之 輔 助 工 法 提 出 比 較 及 研 選 建 議 方 案 。
1 . 4 研 究 方 法
1 . 4 . 1 廣 泛 蒐 集 相 關 資 料
隧 道 工 程 之 豎 井 相 較 於 隧 道 工 程 ， 一 般 說 來 均 為 其 附 屬 工 程 之 一 ， 且 隧 道 需 達 到 一 定 長 度 時 才 會 設 立 豎 井 ， 以 作 為 隧 道 通 車 後 通 風 換 氣 之 用，故 豎 井 工 程 及 其 施 工 案 例 較 少 ， 相 關 資 料 亦 較 缺 乏 。
豎 井 亦 有 應 用 於 礦 區 生 產 礦 石 、 搬 運 、 通 風 、 排 水 通 道，及 水 力 發 電 廠 之 引 水 隧 道、平 壓 塔、壓 力 導 坑 等 工 程 ， 可 藉 以 蒐 集 相 關 豎 井 施 工 資 料 ， 供 本 研 究 探 討 。
1 . 4 . 2 豎 井 施 工 法 選 擇 考 量 因 素 分 析 及 歸 納 建 議
依 所 蒐 集 之 豎 井 施 工 案 例 ， 比 較 各 豎 井 施 工 法 之 施 工 特 性 及 適 用 範 圍 ， 分 析 豎 井 施 工 法 選 擇 考 量 因 素 ， 並 歸 納 分 析 提 出 豎 井 工 法 選 擇 方 案 。
1 . 4 . 3 實 際 施 工 案 例 探 討
以 雪 山 隧 道 三 組 通 風 豎 井 工 程 實 際 施 工 案 例 ， 探 討 豎 井 施 工 法 選 擇 建 議 方 案 之 適 用 性，期 供 作 日 後 隧 道 通 風 豎 井 規 劃 、 施 工 之 參 考 。
第 二 章 文 獻 回 顧
2 . 1 豎 井 施 工 法 之 相 關 文 獻
1. 汪 ? 之 於 1999 年 【 1】 說 明 豎 井 施 工 因 係 垂 直 開 挖 ， 其 作 業 困 難 度 與 水 平 開 挖 之 隧 道 不 同 ， 前 者 之 困 難 在 開 挖 時 之 出 碴 問 題 ， 後 者 在 開 挖 時 維 持 洞 頂 不 墜 問 題 ， 故 在 施 工 方 法 上 亦 不 同 。 岩 石 豎 井 開 挖，一 如 隧 道 然，多 採 用 鑽 爆（ 炸 ）法（ Drilling A n d B l a s t i n g M e t h o d ） 施 工 ， 而 較 深 之 豎 井 ， 更 須 輔 以 相 當 機 具 作 業 。 並 將 岩 石 豎 井 開 挖 分 為 兩 種 方 式 ， 一 為 由 上 向 下 之 降 挖 法 ， 一 為 由 下 向 上 開 挖 之 昇 鑽 法 。 並 介 紹 降 挖 法 （ 鑽 爆 降 挖 、 機 械 降 挖 ） 及 昇 鑽 法 （ 爬 昇 法 、 鑽 切 法 ） 之 相 關 施 工 作 業 。 鑽 爆 降 挖 法 ， 其 開 挖 步 驟 ， 一 如 隧 道 爆 破 法 開 挖 之 施 工 步 驟 ， 惟 一 不 同 者 ， 岩 石 垂 直 開 挖 ， 其 壁 面 多 可 保 持 相 當 時 日 之 直 立 ， 不 似 隧 道 開 挖 洞 頂 有 隨 時 崩 落 之 慮 ， 因 而 在 豎 井 開 挖 步 驟 中 ， 無 支 撐 之 一 舉 措 ， 即 僅 保 有 鑽 孔 、 裝 藥 、 引 爆 、 通 風 及 出 碴 等 步 驟 。 機 械 降 挖 作 業 方 式 為 以 旋 轉 鑽 頭 上 所 裝 磨 式 鑽 珠 ， 將 岩 石 表 層 鑽 磨 成 粉 而 逐 漸 下 降 ， 直 到 計 畫 井 深 為 止 ， 豎 井 降 挖 機 械 ， 因 豎 井 在 工 程 應 用 上 不 多 ， 而 開 挖 機 械 造 價 及 運 轉 均 較 貴 ， 故 使 用 情 形 甚 少 。 昇 鑽 法 開 挖 主 要 在 使 用 專 用 機 具 ， 此 等 專 用 機 具 ， 大 別 可 分 為
爬 昇 法 及 鑽 切 法 兩 類 。 爬 昇 法 基 本 上 亦 係 鑽 爆 法 ， 僅 其 鑽 炸 係 利 用 專 用 之 爬 昇 機 具 由 下 向 上 施 鑽 。 鑽 切 法 為 無 爆 破 開 挖 工 法 ， 亦 即 係 機 械 開 挖 工 法 ， 惟 其 開 挖 直 徑 目 前 尚 難 大 於 6.0 m， 故 直 徑 大 於 6.0 m 之 豎 井 ， 使 用 此 法 開 挖 後 ， 仍 須 使 用 前 述 挖 法 擴 挖 。 此 法 開 挖 ， 豎 井 深 度 愈 深 ， 其 困 難 度 愈 高 ， 而 以 在 100 m 以 內 最 為 適 宜 ， 1 0 0 ~ 2 0 0 m 勉 可 使 用 ， 2 0 0 ~ 3 0 0 m 已 有 困 難 ， 300 公 尺 以 上 深 度 之 豎 井 ， 使 用 此 法 時 ， 困 難 度 即 甚 高 。 此 法 除 可 開 挖 豎 井 外 ， 亦 可 挖 斜 井 ， 而 豎 井 其 他 開 挖 工 法 ， 則 無 此 功 能 ， 故 為 此 一 機 具 之 另 一 特 色 。
2. 謝 玉 山 於 1993 年 【 2】， 於 文 中 介 紹 山 線 鐵 路 三 義 壹 號 隧 道 豎 井 工 程 。 該 豎 井 襯 砌 內 徑 8.0 m，
開 挖 直 徑 9.2 m， 深 度 126.7 m， 並 為 國 內 隧 道 首 次 以 豎 井 作 為 主 開 挖 面 之 先 例 。 本 豎 井 採 新 奧 工 法 沉 挖 ， 開 挖 時 以 1 0 t o n 之 門 型 吊 車 ， 供 出 碴 及 吊 運 材 料 ； 鑽 孔 機 具 為 TOYO -T Y S J-4 四 桿 式 氣 動 傘 狀 鑽 堡 ， 其 較 以 往 常 使 用 的 單 桿 式 ROC 601 鑽 機 比 較 ， 作 業 能 量 提 升 約 四 倍 ， 能 縮 短 鑽 孔 所 需 之 作 業 時 間 至 2.5 hr。 以 豎 井 作 為 主 隧 道 工 作 面 施 工 方 式 ， 不 同 於 一 般 水 平 隧 道 開 挖 ， 出 碴 作 業 及 人 員 機 具 與 材 料 等 的 運 輸 ， 必 須 完 全 依 賴 捲 揚 設 備 ， 使 用 開 挖 豎 井 本 體 之 門 型 吊 車 來 出 碴 ，
無 法 達 到 工 程 進 度 要 求 ， 改 採 用 高 速 捲 揚 設 備 ， 不 但 大 大 提 升 運 碴 功 能 ， 而 且 促 進 開 挖 進 度 與 施 工 安 全 。
3. 張 森 源 於 1998 年 【 3】， 闡 述 隧 道 開 挖 支 撐 觀 念 之 演 變 ： 初 期 可 用 之 支 撐 材 料 不 外 乎 是 隨 手 可 得 之 木 材 ， 支 撐 之 依 據 相 信 可 能 就 是 古 來 之 經 驗 常 識 。 後 來 鋼 料 出 現 ， 隧 道 工 程 開 始 利 用 鋼 料 ， 接 替 木 材 支 撐 ， 其 支 撐 理 論 是 以 結 構 鋼 直 接 頂 住 隧 道 上 方 岩 盤 重 量 ， 所 需 支 撐 之 岩 盤 厚 度 與 隧 道 開 挖 寬 度 及 高 度 成 某 一 比 例 ， 設 計 上 屬 剛 性 支 撐 之 觀 念 ， 此 一 設 計 法 在 大 量 生 產 鋼 料 之 美 國 尤 為 流 行 ， 故 習 稱 為 美 國 鋼 支 保 工 法 （ American S tea l S u p p o r t Me t h o d ， A S S M） 國 內 早 期 均 採 用 此 法 ， 有 時 稱 作 「 傳 統 工 法 」。 近 二 十 餘 年 來 ， 上 述 觀 念 已 逐 漸 被 萌 芽 於 歐 洲 之 半 剛 性 支 撐 理 論 所 取 代 ， 即 或 最 保 守 之 日 本 以 及 美 國 亦 以 甚 為 普 遍 。 此 一 理 念 認 為 岩 盤 本 身 即 為 最 佳 之 支 撐 構 件 ， 開 挖 後 用 少 量 輕 型 柔 性 之 構 件 如 岩 栓 、 噴 凝 土 等 ， 加 以 補 強 後 允 許 其 適 當 變 形 ， 即 可 達 到 安 全 自 撐 之 目 的 。 在 允 許 岩 盤 適 當 變 形 期 間 ， 此 法 應 透 過 岩 盤 變 形 等 之 監 測 ， 掌 握 安 全 性 。 此 法 本 來 是 工 匠 多 年 累 積 之 經 驗 ， 惟 因 奧 地 利 之 學 者 Prof.
R a b c e w i c e 首 先 創 立 理 論 加 以 印 證 ， 故 國 際 上 某 些 地 區 將 其 稱 為 新 奧 工 法 （ New Austrian Tunnel
M e t h o d ， NATM）。
4. 丹 野 弘 等 人 於 1998【 4】對 日 本 國 道 158 號 位 於 九 州 歧 阜 及 長 野 縣 交 界 之 「 安 房 隧 道 」（ 隧 道 總 長 4,370 m） 通 風 豎 井 ， 以 傳 統 工 法 （ 在 來 工 法 ） 之 短 階 工 法 (S S S ) 及 新 奧 工 法 （ 交 叉 段 ） 之 施 工 紀 要 。 安 房 隧 道 通 風 豎 井 標 高 1,790 m， 井 深 450 m， 設 計 斷 面 7 . 5 m， 為 日 本 深 度 第 四 之 豎 井 工 程 ， 豎 井 施 工 日 期 為 平 成 5 年 至 8 年 ， 因 其 工 區 位 於 溫 泉 區 ， 且 冬 季 積 雪 ， 至 施 工 難 度 高 及 工 期 掌 握 困 難 。 安 房 隧 道 通 風 豎 井 工 程 採 用 沉 挖 工 法 施 作 ， 以 傳 統 隧 道 施 工 法 （ 在 來 工 法 ） 之 短 階 工 法 (S S S ) 及 新 奧 工 法 （ NATM） 施 工 。 在 來 工 法 支 撐 型 式 係 以 R C o r PC 構 築 外 支 撐 (一 次 襯 砌 )厚 度 約 40~50 cm， 俟 貫 通 完 成 後 再 由 下 往 上 ， 以 P C 構 築 厚 度 3 0 c m 內 襯 (二 次 襯 砌 )。
5. 特 殊 鑽 孔 （ 井 ） 鑽 進 方 法 【 5】 論 及 採 用 機 械 鑽 井 降 挖 之 工 法 ， 其 機 械 化 程 度 高 ， 鑿 井 時 工 作 人 員 不 須 下 井 ， 施 工 操 作 安 全 ， 鑿 成 井 壁 之 品 質 好 ， 惟 隨 著 鑽 井 深 度 的 增 加 ， 有 關 鑽 機 的 設 備 能 力 、 鑽 頭 結 構 形 式 、 洗 井 液 的 性 能 、 井 壁 支 撐 的 結 構 形 式 及 廢 漿 處 理 等 ， 均 將 決 定 採 用 鑽 井 法 施 工 的 可 能 性 。
6. 雪 山 隧 道 各 組 豎 井 直 徑 均 在 6 m 以 上 ， 豎 井 開 挖 可 考 慮 以 混 合 工 法 施 工 【 6】， 其 施 工 程 序 為 使 用
R a i s e B o r i n g 機 具 先 在 豎 井 中 心 鑽 掘 一 導 井 ， 再 以 傳 統 工 法 由 上 而 下 擴 挖 至 豎 井 所 需 之 全 斷 面 。 7. 反 井 鑽 井 法 【 7】， 是 指 豎 井 工 程 使 用 昇 井 鑽 機 由
下 而 上 掘 進 之 施 工 方 法 ， 昇 井 鑽 機 施 工 ， 較 沉 挖 工 法 有 安 全 性 高 、 設 備 投 入 少 、 速 度 快 、 綜 合 經 濟 效 益 高 等 優 點 ， 近 年 來 在 各 地 下 工 程 建 設 中 得 到 越 來 越 廣 泛 的 採 用 。
8. 龔 建 宇 於 1998 年 【 8】 說 明 在 煤 礦 、 水 電 、 金 屬 礦 山 等 地 下 工 程 建 設 中 ， 開 鑿 豎 井 和 斜 井 常 常 是 整 個 工 程 建 設 的 關 鍵 工 程 之 一 ， 其 工 程 量 雖 不 大 ， 但 由 於 受 地 質 條 件 等 外 部 環 境 影 響 因 素 較 多 ， 其 施 工 難 度 較 大 。 將 豎 井 按 其 施 工 方 式 分 為 正 向 鑿 井 法 和 反 向 鑿 井 法 。 正 向 鑿 法 是 自 上 而 下 鑿 井 ， 最 常 採 用 鑽 炸 方 式 開 挖 、 吊 筒 出 碴 ， 對 於 不 穩 定 表 土 、 流 沙 、 湧 水 、 裂 隙 等 特 殊 地 層 ， 則 需 採 用 特 殊 施 工 方 法 ， 包 括 鑽 井 法 、 凍 結 法 和 灌 漿 法 等 。 反 向 鑿 井 法 是 自 下 而 上 鑿 井 ， 其 施 工 方 法 有 普 通 法 、 吊 罐 法 、 爬 罐 法 和 鑽 井 法 等 。 對 於 大 直 徑 井 筒 ， 通 常 採 用 反 向 鑿 法 施 工 導 井 ， 利 用 導 井 的 通 風 、 排 水 和 排 碴 等 作 用 ， 再 依 井 筒 設 計 斷 面 用 鑽 炸 法 自 上 而 下 分 段 刷 大 和 砌 壁 。 並 針 對 各 常 用 的 反 向 鑿 井 法 之 施 工 方 法 、 施 工 過 程 、 特 點 、 施 工 方 案 選 擇 以 及 技 術 經 濟 效 果 等 進 行 論 述 和 分 析 。 認 為 利 用 反 向 鑿 井 法 施 工 井 筒 是 一 種 高
效 、 低 成 本 的 施 工 方 法 ， 只 要 具 備 施 工 條 件 均 可 取 代 傳 統 正 向 鑿 井 法 ， 並 說 明 反 井 鑽 井 法 以 其 高 效 、 安 全 等 突 出 之 優 點 ， 是 最 先 進 、 最 具 發 展 潛 力 的 反 井 施 工 方 法 。
9. 楊 錫 安 【 9】， 綜 合 深 入 介 紹 昇 井 鑽 鑿 機 具 之 種 類 ， 昇 井 鑽 鑿 工 法 之 適 用 範 圍 與 特 色 ， 昇 井 鑽 鑿 機 具 選 用 及 簡 介 ， 並 說 明 昇 井 鑽 鑿 工 法 之 施 工 原 理 、 應 注 意 事 項 、 地 工 安 全 性 評 估 、 成 本 分 析 、 專 業 廠 商 甄 選 與 合 約 要 件 ， 並 就 昇 井 鑽 鑿 工 法 與 爬 昇 鑽 炸 工 法 作 比 較 ， 另 介 紹 南 迴 鐵 路 中 央 隧 道 西 豎 坑 施 工 實 例 。
10. 張 金 雄 、 郭 湘 齡 【 10】， 和 平 石 礦 N O . 2 豎 井 捷 運 系 統 在 規 劃 設 計 階 段 ， 日 本 O . E . C .顧 問 公 司 仍 建 議 沿 用 NO.1 豎 井 鑽 鑿 施 工 方 式 ， 即 採 用 攀 昇 炸 鑿 法 （ R a i s e C l i m b i n g）。 惟 經 多 方 面 蒐 集 國 外 礦 山 豎 井 開 鑿 實 際 資 料 ， 綜 合 比 較 Rais e Boring 與 R a i s e C l i m b i n g 之 設 備 、 施 工 能 力 、 工 作 場 所 、 安 全 性 、 施 工 費 用 、 施 工 進 度 等 ， 決 定 採 用 昇 井 鑽 鑿 工 法 施 工 。
11. A . A . B . D o u g l a s 等 人【 22】， 沉 挖 工 法 利 用 提 吊 設 備 出 碴 ， 常 受 限 於 作 業 活 動 空 間 ， 使 得 作 業 困 難 。 近 二 十 年 來 ， 利 用 昇 井 出 碴 幾 乎 取 代 了 提 吊 設 備 出 碴 。 得 以 利 用 昇 井 出 碴 之 先 決 條 件 取 決 於 下 方 隧 道 先 行 通 過 ， 礦 碴 得 以 利 用 昇 井 溜 下 ， 但
要 防 止 過 大 的 礦 碴 造 成 塞 井 。 昇 井 鑽 鑿 的 成 本 較 高 ， 亦 可 能 影 響 生 產 過 程 ， 在 整 體 工 程 進 度 無 法 配 合 時 ， 可 以 採 行 部 分 沉 挖 部 分 昇 井 鑽 鑿 方 式 進 行 豎 井 工 程 。 導 孔 偏 斜 的 風 險 必 須 考 量 ， 定 向 鑽 鑿 之 技 術 可 解 決 相 關 問 題 ， 且 正 不 斷 發 展 中 。
2 . 2 豎 井 開 挖 輔 助 工 法 之 相 關 文 獻
1. 隧 道 工 程 設 計 準 則 與 解 說【 11】， 若 湧 水 對 隧 道 開 挖 形 成 阻 礙 ， 其 對 策 可 分 為 湧 水 之 排 除 與 湧 水 之 阻 止 兩 大 類 。 排 除 湧 水 有 排 水 鑽 孔 或 排 水 導 坑 等 利 用 重 力 排 水 及 開 鑿 深 井 或 點 井 強 制 抽 水 等 兩 種 工 法 。 阻 止 湧 水 方 面 ， 則 多 採 用 化 學 灌 漿 或 壓 氣 與 冷 凍 工 法 。 實 質 上 灌 漿 法 與 岩 盤 補 強 略 同 ， 為 所 需 費 用 較 排 水 工 法 為 高 ， 且 須 考 慮 環 保 問 題 。
2. 隧 道 施 工 湧 水 處 理 技 術 【 12】， 針 對 隧 道 施 工 湧 水 處 理 技 術 歸 納 為 排 水 工 法 、 灌 漿 工 法 、 冷 凍 工 法 及 氣 壓 工 法 。 排 水 工 法 又 可 分 為 ： 或 排 水 導 坑 、 排 水 孔 、 深 井 及 點 井 等 工 法 。 常 用 灌 漿 工 法 有：滲 透 灌 漿、壓 密 灌 漿、擠 入 灌 漿 及 噴 射 灌 漿 ， 灌 漿 材 料 種 類 繁 多 ， 但 主 要 材 料 來 區 分 ， 則 可 分 為 水 泥 、 黏 土 或 膨 土 及 水 泥 、 膨 土 懸 濁 型 材 料 、 溶 液 型 水 玻 璃 系 及 高 分 子 系 灌 漿 材 料 等 三 種 ， 亦 可 混 合 配 成 多 種 灌 漿 材 料 。 冷 凍 工 法 在 土 木 工 程
中 是 一 種 以 強 制 方 式 來 做 為 地 盤 改 良 的 工 法 ， 此 工 法 第 一 次（ 1862 年 ）是 使 用 在 英 國 維 爾 斯 山 脈 礦 區 軟 弱 地 盤 之 豎 坑 開 挖 上 ， 而 日 本 自 1959 年 由 京 都 大 學 的 村 山 塑 郎 教 授 首 先 提 倡 後 ， 已 大 量 成 功 使 用 在 下 水 道 、 地 下 鐵 、 共 同 管 溝 及 潛 盾 工 程 的 輔 助 工 法 上 。 壓 氣 工 法 為 處 理 地 下 水 穩 定 地 盤 工 法 之 一 ， 一 般 做 為 輔 助 工 法 之 用 。 壓 氣 工 法 基 本 原 理 為 利 用 空 氣 經 由 壓 縮 機 加 壓 所 製 造 之 加 壓 空 氣 ， 來 抵 抗 地 層 中 之 間 隙 水 壓 ， 防 止 因 地 下 水 滲 入 造 成 土 壤 軟 化 、 崩 壞 或 產 生 湧 水 。 亦 即 在 一 拘 限 空 間 內 輸 入 壓 縮 空 氣 ， 使 此 拘 限 空 間 維 持 在 一 定 之 設 定 壓 力 ， 此 一 設 定 之 壓 力 即 為 抵 抗 地 下 水 孔 隙 水 壓 之 壓 力 ， 使 作 業 場 所 免 於 湧 水 之 困 擾 ， 以 利 施 工 作 業 之 工 法 。
3. 陳 湘 生 等 人 【 13】， 於 岩 土 工 程 技 術 最 新 進 展 全 向 凍 結 施 工 技 術 一 文 中 介 紹 全 向 凍 結 技 術 的 原 理 和 應 用 條 件 。 凍 結 法 加 固 地 層 的 原 理 ， 是 利 用 人 工 製 冷 的 方 法 ， 將 低 溫 冷 媒 送 入 地 層 ， 把 要 開 挖 體 周 圍 的 地 層 凍 結 成 封 閉 的 連 續 凍 土 牆 ， 以 抵 抗 地 壓 、 並 隔 絕 地 下 水 開 挖 體 之 間 的 聯 繫 ， 然 後 在 這 封 閉 的 連 續 凍 土 牆 的 保 護 下 ， 進 行 開 挖 和 做 永 久 支 撐 的 一 種 殊 地 層 加 固 方 法 。 並 詳 述 首 次 應 用 近 水 平 凍 結 技 術 解 決 上 海 地 鐵 2 號 線 黃 浦 江 下 建 旁 通 道 和 北 京 地 鐵 “ 大 — 熱 ” 段 過 流 砂 層 的
困 難 工 程 問 題 。
4. 南 迴 鐵 路 工 程 【 16】 為 隧 道 通 車 後 通 風 需 要 ， 開 挖 有 ： 中 央 隧 道 東 、 西 豎 坑 ， 安 朔 隧 道 東 、 西 豎 坑 ， 大 鳥 隧 道 豎 坑 及 金 崙 隧 道 豎 坑 等 六 座 通 風 豎 坑 ， 其 均 採 用 全 斷 面 開 挖 方 式 ， 開 挖 後 支 撐 系 統 大 部 份 均 採 新 奧 工 法 施 工 ； 建 議 採 取 有 效 的 升 降 捲 楊 機 具 ， 及 高 效 率 與 高 揚 程 的 排 水 泵 浦 ， 與 安 全 警 告 系 統 ， 為 確 保 安 全 與 施 工 順 利 成 功 之 關 鍵 。 其 中 央 隧 道 西 豎 坑 原 採 沉 挖 工 法 以 NATM 支 撐 系 統 ， 由 上 往 下 施 工 ， 惟 遇 大 量 湧 水 ， 地 質 情 況 惡 劣 ， 改 採 用 昇 井 工 法 利 用 昇 井 鑽 機 鑽 鑿 完 昇 井 後 ， 再 由 上 往 下 擴 挖 至 設 計 直 徑 ， 整 個 作 業 過 程 安 全 性 極 高 且 工 程 縮 短 。 安 朔 隧 道 東 豎 坑 ， 為 解 決 豎 坑 湧 水 困 擾 ， 採 用 冷 凍 工 法 輔 助 豎 井 施 工 ， 由 於 地 質 條 件 尚 未 達 惡 劣 軟 弱 ， 新 引 進 之 深 井 鑽 掘 機 械 施 作 技 術 猶 未 能 充 分 發 揮 ， 及 受 限 於 凍 結 豎 管 之 排 列 與 運 轉 行 程 凍 結 冰 牆 和 維 持 期 之 日 數 及 費 用 過 於 龐 大 等 因 素 ， 在 該 冷 凍 工 法 施 作 區 段 所 獲 得 之 成 效 僅 止 於 防 範 地 下 湧 水 ， 無 法 達 到 原 先 預 期 之 岩 盤 土 石 藉 冰 牆 穩 固 ， 節 省 開 挖 支 撐 費 用 之 目 標 。
5. 王 錦 洋 【 18】， 介 紹 昇 井 鑽 鑿 工 法 、 機 具 種 類 、 適 用 範 圍 、 施 工 要 件 、 其 他 問 題 解 決 方 法 及 安 全 評 估 等 ， 並 以 中 央 隧 道 西 豎 坑 施 工 為 例 ， 說 明 昇
井 鑽 鑿 工 法 能 確 實 而 徹 底 改 善 施 工 作 業 環 境 ， 導 井 完 成 後 能 迅 速 而 有 效 的 解 決 地 下 湧 水 問 題 ， 大 幅 提 昇 工 進 等 優 點 。
6. 蘇 立 凡【 19】， 說 明 凍 結 法 主 要 對 象 是 含 水 土 層 ， 尤 其 是 流 沙 層 及 流 動 大 的 軟 土 ， 也 常 用 於 含 水 豐 富 的 破 碎 岩 層 中 。 但 亦 有 不 適 宜 直 接 使 用 冷 凍 工 法 的 情 況 ， 一 是 土 中 含 水 量 過 少 （ 如 ≦ 10% ） 難 以 形 成 有 足 夠 強 度 的 凍 土 結 構 物 ， 一 是 地 下 水 流 速 過 大 形 不 成 密 封 的 凍 土 結 構 物 。 此 時 只 有 進 一 步 採 用 其 它 補 充 措 施 後 才 可 以 採 用 凍 結 法 。 7. CHENG. W-L. 等 人 【 20】， 介 紹 雪 山 （ 坪 林 ） 隧 道
通 風 豎 井 之 規 劃 設 計 、 各 豎 井 地 質 情 況 、 施 工 過 程 、 遭 遇 問 題 及 解 決 方 式 。 統 計 雪 山 隧 道 二 號 通 風 豎 井 兩 口 井 之 輪 進 時 間 ， 初 期 深 度 較 淺 採 用 一 般 門 吊 出 碴 每 輪 約 需 66 hr/round， 而 改 用 高 速 捲 揚 機 之 後 ， 深 度 已 較 深 ， 輪 進 提 昇 為 進 氣 井 50 h r / r o u n d ， 排 氣 井 為 60 hr/round ， 可 見 提 吊 設 備 為 影 響 施 工 進 度 之 重 要 因 素 。 文 中 並 檢 討 三 號 通 風 豎 井 灌 漿 效 果 ： 灌 漿 初 期 曾 試 灌 水 泥 砂 漿 以 固 結 方 式 處 理 ， 惟 因 滲 水 量 及 水 壓 太 大 ， 進 氣 井 於 挖 深 100 m 量 得 管 口 之 水 壓 為 7.5 kg/cm2， 致 水 泥 砂 漿 無 法 凝 固 ， 雖 然 施 灌 5 , 0 0 0 m3， 但 止 水 效 果 不 佳 ， 可 能 大 部 分 漿 液 被 沖 走 流 失 ， 無 法 成 形 止 水 帷 幕 。 後 來 又 試 用 水 玻 璃 系 化 學 灌 漿 ， 希 望
調 整 縮 短 凝 固 時 間 ， 以 達 帷 幕 止 水 效 果 ， 惟 所 使 用 硬 化 劑 B I H A R D S M-2 藥 液 ， 非 常 刺 激 ， 工 人 無 法 忍 受 ， 經 試 灌 32 m3 後 放 棄 使 用 。 最 後 改 用 水 泥 與 水 玻 璃 混 合 之 L.W 灌 漿 ， 經 試 灌 效 果 良 好 ， 開 挖 面 鮮 少 滲 水 ， 但 止 水 效 果 隨 開 挖 深 度 遞 減 ， 由 滲 水 剖 面 圖 可 見 遞 減 速 率 甚 大 ， 亦 即 處 理 深 度 太 深 效 果 不 顯 著 。 此 外 ， 觀 察 豎 井 壁 面 ， 灌 漿 後 初 期 呈 乾 燥 狀 態 ， 惟 隨 時 間 及 下 挖 加 深 後 開 始 慢 慢 滲 水 ， 約 半 年 後 則 大 量 滲 水 ， 可 確 定 其 有 效 期 間 約 半 年 。
8. M . T . H u t c h i n s o n【 21】， 說 明 在 隧 道 或 豎 井 工 程 中 ， 應 有 最 小 可 允 許 之 滲 水 量 之 規 定 ， 若 超 出 此 限 度 應 採 行 某 些 處 理 方 法 去 解 決 。 如 在 豎 井 施 工 過 程 中 規 範 200 l/min 為 最 小 可 允 許 之 滲 水 量，若 低 於 此 標 準 ， 採 抽 排 水 方 式 處 理 即 可 。 若 滲 水 高 過 此 標 準 ， 顯 然 的 將 採 行 其 它 方 式 處 理 水 的 問 題 。 基 本 上 該 處 理 方 式 可 分 為 止 水 及 導 水 兩 大 方 面，止 水 的 兩 種 最 基 本 工 法，為 灌 漿 及 凍 結 工 法 。
2 . 3 豎 井 施 工 法 比 較 之 相 關 文 獻
1. 劉 玉 山 等 人 【 14】 乙 文 中 ， 敘 及 中 國 十 三 陵 抽 水 續 能 電 站 地 下 工 程 豎 、 斜 井 導 井 施 工 ， 採 取 了 沉 挖 工 法 及 吊 罐 、 爬 昇 、 昇 井 鑽 鑿 機 等 昇 井 施 工 法 ， 均 有 成 功 及 失 敗 之 案 例 ， 歸 納 其 結 論 如 下 ：
1. 對 處 在 地 下 水 十 分 豐 富 及 岩 層 節 理 發 達 、 連 續 破 碎 之 岩 盤 採 用 爬 昇 、 昇 井 鑽 鑿 機 等 昇 井 施 工 法 成 功 機 率 較 低 。 而 使 用 沉 挖 工 法 雖 較 費 時 費 力 ， 但 只 要 縮 短 開 挖 輪 進 、 加 強 支 撐 、 加 強 觀 測 等 穩 當 方 式 ， 反 而 是 比 較 合 理 的 選 擇 。 2. 在 Ⅳ ~Ⅴ 岩 盤 中 ， 昇 井 鑽 鑿 機 導 孔 鑽 設 時 易 卡 鑽 、 坍 孔 及 偏 斜 ， 很 難 形 成 導 孔 。 爬 昇 工 法 一 般 適 用 Ⅰ ~Ⅲ 類 岩 盤 ， 因 導 軌 在 破 碎 岩 盤 中 錨 碇 困 難 對 於 Ⅳ ~Ⅴ 岩 盤 施 工 非 常 困 難 ， 特 別 是 遇 到 3 m 以 上 的 斷 層 時 ， 不 僅 施 工 難 度 大 ， 而 且 更 難 保 障 施 工 安 全 。 3 . 岩 石 強 度 影 響 鑽 機 工 作，昇 井 鑽 鑿 機 需 要 選 用 匹 配 岩 石 強 度 的 機 型 。 岩 石 強 度 也 影 響 鑽 頭 壽 命 ， 對 施 工 成 本 有 極 大 關 聯 。
2. 龍 志 陽 於 1998 年 【 15】 統 計 指 出 中 國 礦 井 井 筒 工 程 約 佔 礦 井 井 巷 工 程 量 的 5%， 但 其 建 設 工 期 往 往 佔 礦 井 建 設 總 工 期 的 1/3 以 上 。 80 年 初 由 於 新 研 製 的 豎 井 機 械 化 配 備 陸 續 投 入 使 用 ， 使 中 國 煤 礦 鑿 井 施 工 速 度 由 1974 年 月 平 均 速 度 16.2 m 提 高 到 1986 年 月 平 均 速 度 26.1 m，1977~1987 有 25 次 月 成 井 破 百 米 紀 錄 。 將 鑿 井 法 （ 正 井 法 ） 類 型 依 穿 過 地 層 條 件 分 為 普 通 施 工 法 和 特 殊 施 工 法 兩 種 。 對 於 無 表 土 或 有 表 土 不 需 特 殊 方 法 通 過 的 ， 岩 層 穩 定 含 水 量 不 大 的 井 筒 均 可 採 用 普 通 鑽 眼 爆 破 法 施 工 ， 主 要 工 序 有 鑿 岩 爆 破 、 抓 岩 排 碴
砌 築 井 壁 和 井 筒 安 裝 等 。 在 鬆 散 不 穩 定 含 水 地 層 ， 或 在 湧 水 量 很 大 的 穩 定 裂 隙 岩 層 中 需 要 採 用 特 殊 施 工 方 法 施 工 ， 主 要 有 凍 結 法 、 鑽 井 法 、 灌 漿 法 、 沉 井 法 和 其 他 施 工 法 等 ， 這 類 方 法 工 程 造 價 偏 高 ， 施 工 工 期 較 長 ， 施 工 技 術 難 度 大 。 並 概 述 了 正 井 法 主 要 施 工 方 法 和 設 備 ， 重 點 介 紹 短 段 掘 砌 混 合 作 業 法 在 豎 井 施 工 中 取 得 了 快 速 優 質 、 經 濟 高 效 的 結 果 。
3. 林 振 基 【 17】， 因 豎 井 開 挖 之 施 工 方 法 直 接 影 響 豎 井 施 工 之 成 效 ， 為 雪 山 （ 坪 林 ） 隧 道 通 風 豎 井 工 程 施 工 ， 就 各 種 豎 井 開 挖 施 工 方 法 ， 比 較 其 施 工 可 行 性 及 經 濟 性 ， 提 出 可 能 方 案 ， 並 評 估 各 方 案 之 工 程 費 及 工 期 ， 作 為 施 工 選 擇 之 參 考 。
第 三 章 隧 道 豎 井 施 工 方 法
3 .1 豎 井 開 挖 工 法 介 紹
豎 井 之 開 挖 施 工 方 法 依 其 開 鑿 方 式 可 分 為 兩 大 類 ， 即 一 般 所 說 的 沉 挖 工 法 及 昇 井 工 法 。 昇 井 工 法（ 又 稱 反 井 法 或 反 向 鑿 井 法 ） 顧 名 思 義 ， 係 由 下 向 上 開 挖 ， 並 藉 由 井 底 下 方 通 道 排 水 及 運 輸 開 挖 後 之 碴 料 的 施 工 方 法。 沉 挖 工 法 係 由 上 向 下 開 挖， 並 藉 由 提 吊 及 抽 水 設 備 將 開 挖 碴 料 及 積 水 由 下 向 上 運 出 的 施 工 方 法 ， 又 稱 為 正 井 法 。 豎 井 沉 挖 工 法 傳 統 上 係 採 鑽 炸 或 挖 掘 之 方 式 開 挖 。 隨 著 機 械 之 進 步 ， 亦 有 採 機 械 鑽 掘 （ Drilling Machine） 開 挖 者 【 1】。
3 . 2 沉 挖 工 法
沉 挖 工 法 又 可 分 為 鑽 炸 沉 挖 法 及 機 械 沉 挖 法 兩 種 。 鑽 炸 沉 挖 法 為 傳 統 工 法 ， 一 般 豎 井 開 挖 所 稱 之 沉 挖 法 ， 即 專 指 此 法 。 目 前 機 械 工 業 發 達 ， 就 豎 井 而 言 ， 亦 已 發 展 出 開 挖 專 用 鑽 鑿 機 械 ， 雖 使 用 情 形 不 多 ， 仍 併 予 說 明 。
以 鑽 炸 沉 挖 工 法 施 作 ， 一 如 隧 道 鑽 炸 法 開 挖 之 施 工 步 驟 ， 惟 一 不 同 者 ， 岩 石 垂 直 開 挖 ， 其 壁 面 多 可 保 持 相 當 時 日 之 直 立 ， 不 似 隧 道 開 挖 洞 頂 有 隨 時 崩 落 之 虞 ；其 施 工 方 式 依 支 撐 工 構 築 方 式 可 分 為 傳 統 工 法 （ A S S M） 及 新 奧 工 法 (NATM)兩 種 。 使 用 機 具 方 面 ： 豎 井 施 鑽 ， 以 往 僅 能 使 用 手 提 式 鑽 機 ， 其 鑽 頭 直 徑 約 在 2.5~5.0 cm 之 間 ， 豎 井 口 徑 大 者 採 較 大 直 徑 鑽 頭 ； 口 徑 小 者 ， 採 用 較 小 直 徑 鑽 頭
【 1】。 隨 著 機 械 的 改 善 及 研 發 ， 有 傘 狀 鑽 機 的 問 世 ， 其 如 雨 傘 狀 的 伸 展 ， 帶 動 多 支 鑽 桿 進 行 鑽 孔 ， 大 大 提 升 工 作 效 率， 如 圖 3-1 所 示【 2】。 又， 沉 挖 工 法 豎 井 積 水 排 除 困 難 ， 故 須 置 備 高 揚 程 抽 水 機 ， 抽 排 積 水 。 設 備 方 面 ： 採 沉 挖 工 法 出 碴 ， 必 須 由 開 挖 處 將 石 碴 於 井 內 吊 出 井 外 運 棄 ， 又 由 於 施 工 時 間 甚 長，故 多 於 井 頂 處 裝 設 一 門 型 吊 架 或 稱 門 型 吊 車 （ p o rtal crane）， 取 代 一 般 自 走 式 吊 車 作 業 ， 其 裝 置 為 一 跨 井 門 型 架 附 設 1~2 臺 捲 揚 機（ winch）， 以 捲 揚 機 操 作 其 上 之 鋼 索 吊 懸 盛 碴 吊 桶 上 下 作 業 ； 井 底 石 碴 裝 入 吊 桶 ， 多 以 人 工 鏟 裝 。 目 前 亦 有 以 機 械 鏟 裝 者 ， 此 類 機 械 之 構 型 如 圖 3-2、 3-3、 3-4 所 示 。 由 於 豎 井 深 度 多 較 隧 道 長 度 為 短 ， 故 通 風 問 題 ， 不 若 長 隧 道 之 嚴 重 ， 但 仍 須 置 備 通 風 機 具 ， 以 保 持 井 內 空 氣 潔 淨 及 涼 爽 【 1】。
3 . 2 . 1 傳 統 工 法 （ A S S M ）：
傳 統 工 法 亦 稱 為 美 國 鋼 支 保 工 法 （ American S tea l S u p p o r t Me t h o d ） 簡 稱 A S S M， 傳 統 隧 道 工 法 視 地 下 開 挖 周 圍 地 層 為 荷 重 之 一 ， 於 隧 道 開 挖 後 立 即 架 設 重 型 鋼 支 保 ， 並 配 合 打 設 木 矢 板 支 撐 岩 盤 壓 力 ， 然 後 再 施 作 襯 砌 混 凝 土 ， 以 構 成 隧 道 整 體 支 撐 系 統 【 3】。 其 主 要 工 作 程 序 為 鑽 孔 、 開 炸 、 出 碴 、 架 設 鋼 支 保 ， 構 成 一 作 業 循 環 ， 開 挖 至 一 適 當 長 度 後 再 進 行 襯 砌 。
日 本 國 道 158 號 位 於 九 州 歧 阜 及 長 野 縣 交 界 之 日 本
「 安 房 隧 道 」 通 風 豎 井 標 高 1,790 m， 井 深 450 m， 設 計
斷 面 7.5 m， 為 日 本 深 度 第 四 之 豎 井 工 程 。 豎 井 施 工 日 期 為 平 成 5 年 至 8 年 ， 因 其 工 區 位 於 溫 泉 區 ， 且 冬 季 積 雪 ， 致 施 工 難 度 高 及 工 期 掌 握 困 難。安 房 隧 道 通 風 豎 井 工 程 採 用 沉 挖 工 法 施 作，以 傳 統 工 法（ 在 來 工 法 ）之 短 階 工 法 (S S S ) 施 工 （ 井 底 交 叉 變 化 段 採 用 新 奧 工 法 施 工 ）， 其 短 階 工 法 略 如 圖 3-5 所 示 ， 支 撐 型 式 係 以 R C o r P C 構 築 外 支 撐 ， 俟 貫 通 完 成 後 再 以 PC 構 築 內 襯（ 二 次 襯 砌 ）【 4】， 其 支 撐 行 為 不 同 於 NATM， 此 工 法 不 允 許 變 形 ， 故 其 支 撐 強 度 需 求 較 NATM 高， 且 為 配 合 施 工 需 求， 支 撐 工 通 常 亦 不 隨 岩 盤 類 型 調 整 ， 輪 距 通 常 為 1.2 m、 1 . 5 m、 1 . 8 m， 厚 度 至 少 需 3 0 c m 以 上 。
3 . 2 . 2 新 奧 工 法 (N A T M ) ：
新 奧 工 法 係 新 奧 地 利 隧 道 施 工 法 （ New Austrian Tunnel Met h o d， NATM） 之 簡 稱 。 與 傳 統 工 法 不 同 處 係 其 認 為 周 圍 地 層 為 能 受 荷 重 之 元 素，視 地 層 及 支 撐 為 合 成 結 構，利 用 岩 體 本 身 具 有 之 自 持 力 的 特 性 而 發 展 之 隧 道 施 工 法 。 其 於 隧 道 開 挖 後 ， 首 先 利 用 鋼 絲 網 及 噴 凝 土 封 面 以 防 止 岩 屑 掉 落，然 後 再 以 岩 栓 及 鋼 支 保 等 柔 性 支 撐 系 統 作 為 首 次 襯 砌 ， 提 供 岩 體 約 束 力 量 ， 使 隧 道 週 遭 之 地 盤 構 成 一 承 載 環 ， 作 為 隧 道 支 撐 一 部 分 ， 同 時 配 合 檢 測 地 層 變 位 、 襯 砌 應 力 變 化 及 岩 栓 軸 力 等 資 料 ， 據 以 研 判 支 撐 是 否 足 夠 ， 彈 性 修 正 支 撐 方 式 及 支 撐 材 料 數 量 ， 調 整 開 挖 面 與 開 挖 程 序 ， 俟 檢 測 岩 盤 變 位 穩 定 後 再 行 辦 理 二 次 襯 砌 ， 其 目
的 為 外 表 修 飾 及 提 高 結 構 安 全 係 數 之 用 。
相 較 於 傳 統 工 法 ， 新 奧 工 法 之 特 點 包 括 ： 充 分 利 用 岩 體 之 自 持 能 力 ； 利 用 複 合 支 撐 系 統 ， 開 挖 後 立 即 架 設 支 撐 ； 對 於 周 圍 岩 體 擾 動 較 少 ， 施 工 方 式 具 彈 性 且 具 整 體 之 經 濟 性 。 因 其 上 述 特 性 ， 且 強 調 「 配 合 開 挖 面 之 地 質 狀 況 及 監 測 成 果 ， 彈 性 調 整 施 工 」， 故 適 用 於 地 質 構 造 複 雜 之 隧 道 施 工 【 3】。
一 般 以 新 奧 工 法 施 工 之 開 挖 岩 盤 面 ， 需 於 變 位 率 小 至 某 一 標 準 時 方 可 施 作 襯 砌 混 凝 土，襯 砌 混 凝 土 作 業 一 般 均 不 跟 隨 開 挖 之 輪 進 作 業，其 一 次 完 成 之 襯 砌 長 度 可 能 為 數 倍 輪 進 長 度 ， 有 時 甚 至 可 於 豎 井 開 挖 完 成 後 一 次 襯 砌 完 成。因 新 奧 工 法 施 工 係 先 利 用 鋼 絲 網 及 噴 凝 土 封 面 以 防 止 岩 屑 掉 落 ， 噴 凝 土 為 質 地 較 鬆 散 之 彈 性 結 構 ， 若 採 豎 井 開 挖 完 成 後 一 次 襯 砌 作 業 ， 於 地 質 條 件 不 佳 時 ， 恐 因 上 方 噴 凝 土 面 剝 落 ， 增 加 豎 井 內 工 作 人 員 之 危 險 ， 新 奧 工 法 與 傳 統 工 法 施 工 比 較 詳 如 表 3-1 所 示 。
3 . 3 鑽 井 法 （ Drilling M e t ho d）
採 用 鑽 井 法 鑽 井（ 如 圖 3-6）已 有 150 多 年 歷 史， 1854 年 比 利 時 聖 瓦 斯 特 煤 礦 採 用 鑽 井 法 成 功 地 鑽 鑿 了 直 徑 4 . 2 5 m、深 9 8 m 的 井 筒。1894 年 德 國 霍 尼 希 曼 (H n i g m a n n ) 研 製 成 分 次 擴 孔 旋 轉 鑽 機 ﹐為 現 代 鑽 井 法 奠 定 了 基 礎 。 中 國 於 1969 年 開 始 使 用 鑽 井 法 ﹐ 於 淮 北 朔 里 南 風 井 首 次 成 功 鑽 成 直 徑 4.3 m、 深 90 m 的 井 筒 。 隨 著 機 械 工 業 和 採 掘
工 業 的 發 展 ， 鑽 井 法 鑿 井 在 德 國 、 美 國 、 前 蘇 聯 、 日 本 、 羅 馬 尼 亞 等 國 也 得 到 了 推 廣 與 應 用 。
利 用 鑽 井 法 鑿 井 其 機 械 化 程 度 高 ， 鑿 井 時 工 作 人 員 不 須 下 井 ， 施 工 操 作 安 全 ， 鑿 成 井 壁 之 品 質 好 ， 在 井 型 適 當 的 條 件 下 ， 施 工 深 厚 表 土 不 穩 定 含 水 地 層 的 井 筒 ， 具 有 明 顯 的 優 越 性 。 惟 隨 著 鑽 井 深 度 的 增 加 ， 施 工 中 將 遇 到 一 些 新 的 問 題 ， 如 鑽 機 的 設 備 能 力 、 鑽 頭 結 構 形 式 、 洗 井 液 的 性 能 、 井 壁 支 撐 的 結 構 形 式 及 廢 漿 處 理 等 ， 均 將 決 定 採 用 鑽 井 法 施 工 的 可 能 性 【 5】。
3 . 4 昇 井 工 法 （ Ra is ing Method）
在 地 下 工 程 建 設 中 ， 由 下 往 上 掘 進 豎 井 或 大 傾 角 斜 井 的 施 工 方 法 稱 為 反 井 法 ， 我 們 一 般 稱 之 為 昇 井 工 法 ， 對 於 大 直 徑 之 豎 井 ， 通 常 是 採 用 昇 井 工 法 施 作 導 井 ，利 用 導 井 之 通 風 、 排 水 及 排 碴 等 功 能（ 如 圖 3-7）， 再 按 照 豎 井 之 設 計 斷 面 ， 用 鑽 炸 法 自 上 而 下 擴 挖 並 施 作 襯 砌 之 混 合 工 法
（ Raising Combined with Sinking）【 6】。
隨 行 業 的 不 同 昇 井 （ 反 井 ） 施 工 之 方 法 也 不 同 ， 在 採 煤 系 統 過 去 多 採 用 木 朵 法 （ 即 普 通 法 ）、 冶 金 系 統 多 採 用 吊 罐 法 、 而 水 電 系 統 則 多 採 用 爬 罐 法 。 它 們 共 同 的 缺 點 是 工 作 人 員 必 須 進 入 工 作 面，在 裸 露 的 頂 板 岩 盤 下 進 行 鑽 孔 開 炸 作 業 ， 勞 動 力 強 度 大 ， 並 常 受 坍 方 、 落 石 、 淋 水 及 有 害 氣 體 的 危 險 ， 安 全 上 很 難 獲 得 保 障 。【 7】
隨 著 機 械 化 之 發 展，昇 井 鑽 機（ Raise Boring M a c h i n e）
的 問 世 ， 而 有 反 井 鑽 井 法 之 出 現 ， 歐 美 先 進 國 家 從 事 昇 井 工 程 ， 均 紛 紛 採 用 昇 井 鑽 機 施 工 ， 昇 井 鑽 機 的 主 要 用 途 見 表 3-2【 7】。利 用 昇 井 鑽 機 施 工 ，較 沉 挖 工 法 有 安 全 性 高 、 設 備 投 入 少 、 速 度 快 、 綜 合 經 濟 效 益 高 等 優 點 ， 近 年 來 在 煤 礦 、 水 電 等 地 下 工 程 建 設 中 得 到 越 來 越 廣 泛 的 採 用 。
以 下 就 昇 井 工 法 之 相 關 施 工 方 法 、 適 用 範 圍 、 技 術 、 經 濟 性 及 優 缺 點 等 分 別 介 紹 ， 並 整 理 如 表 3-3。
3 . 4 . 1 普 通 昇 井 （ 反 井 ） 施 工 法
普 通 昇 井 施 工 法 是 傳 統 的 反 井 施 工 方 法 ， 雖 然 隨 著 機 械 化 之 進 步 與 發 展 ， 多 已 被 其 他 昇 井 工 法 所 取 代 ， 但 是 在 特 定 條 件 下 ， 至 今 仍 然 被 採 用 ， 它 的 作 業 情 況 如 圖 3-8 所 示 。
普 通 昇 井 施 工 法 一 般 採 用 木 框 支 護 （ 故 稱 木 朵 法 ），
昇 井 的 斷 面 多 採 用 矩 形 ， 其 斷 面 積 一 般 為 6 m2~ 8 m2， 通 常 佈 置 在 豎 井 中 央 ， 昇 井 的 中 心 不 可 與 豎 井 中 心 重 合 ， 以 便 設 置 測 量 中 線。作 為 臨 時 支 架 的 木 井 框 將 反 井 斷 面 分 成 吊 桶 提 升 間 （ 1）、 梯 子 間 （ 2） 及 碴 料 間 （ 3）； 提 升 間 上 方 裝 置 一 個 可 隨 工 作 面 推 進 而 向 上 移 動 的 定 滑 輪 （ 7）， 用 以 升 降 材 料 吊 桶 ； 施 工 人 員 站 在 臨 時 施 工 平 台 （ 4） 上 進 行 作 業 ； 梯 子 間 除 安 裝 梯 子 和 梯 子 平 台 外 ， 還 裝 設 有 風 管 ， 高 壓 空 氣 管 、 供 水 管 及 電 纜 等 設 施 ； 碴 料 間 用 於 儲 放 開 挖 （ 炸 ） 下 來 之 碴 石 ， 並 通 過 它 下 方 的 溜 碴 槽 將 碴 料 裝 入 礦 車 （ 9） 運 出 。
普 通 反 井 施 工 法 的 缺 點 是 ： 人 員 爬 梯 子 上 下 困 難 、 勞 動 負 荷 力 大 、 材 料 運 輸 不 方 便 、 坑 木 消 耗 量 大 、 通 風 條 件 差 、 工 作 面 易 聚 積 有 害 氣 體 、 在 地 質 條 件 較 差 時 影 響 作 業 及 安 全 ； 但 普 通 反 井 施 工 法 也 有 它 的 優 點 ： 輔 助 假 設 工 程 少 、 與 其 它 作 業 相 互 影 響 小 、 不 需 要 大 型 提 絞 設 備 而 簡 化 提 吊 設 備 之 佈 置 。 適 用 於 上 水 平 隧 （ 巷 ） 道 尚 未 形 成 ， 而 地 質 條 件 較 好 、 井 深 又 較 淺 的 豎 井 【 8】。
3 . 4 . 2 吊 罐 施 工 法
吊 罐 法 施 工 的 主 要 過 程 如 圖 3-9 所 示 ， 並 概 述 如 下 ， a： 先 自 地 面 （ 或 上 水 平 坑 道 ） 沿 豎 井 中 心 鑽 設 一 垂 直 繩 孔 （ 1） 到 達 下 方 隧 道 （ 3）， 上 方 設 置 提 升 機 （ 5） 提 升 用 的 鋼 纜 （ 2） 穿 過 繩 孔 致 下 方 隧 道 與 吊 罐 （ 4） 連 接 。 b：
作 業 人 員 利 用 吊 罐 自 下 向 上 進 行 反 井 鑽 掘（ 炸 ）作 業 。 c：
待 小 斷 面 反 井 貫 通 後，再 自 上 向 下 分 段 擴 挖 至 設 計 斷 面 尺 寸 ， 並 進 行 永 久 支 撐 襯 砌 作 業 。
吊 罐 施 工 法 的 反 井 斷 面 形 狀 可 以 是 圓 形 、 矩 形 或 方 形 ， 由 於 豎 井 斷 面 多 為 圓 形 ， 故 吊 罐 法 的 反 井 斷 面 多 採 圓 形 ， 且 圓 形 斷 面 反 井 不 僅 易 於 施 工 和 維 護 ， 也 便 於 吊 罐 升 降 。 反 井 斷 面 尺 寸 大 小 與 岩 層 的 穩 定 性 有 關 ， 其 面 積 應 能 滿 足 兩 台 鑿 岩 機 同 時 鑽 孔 的 要 求，一 般 為 直 徑 2 m 的 圓 形 斷 面（ 或 2 m×2 m 的 方 形 斷 面 ），並 應 配 合 吊 罐 尺 寸 確 定 。
採 用 吊 罐 施 工 法 ， 反 井 一 般 不 架 設 臨 時 支 護 ， 所 以 它 適 用 於 比 較 穩 定 之 岩 層 ， 通 常 施 工 深 度 不 超 過 100 m。 吊
罐 施 工 法 與 普 通 反 井 施 工 法 相 比 較 ， 具 有 工 作 效 率 高 、 速 度 快 、 勞 動 負 荷 較 小 、 施 工 經 濟 等 優 點 ， 其 缺 點 是 事 前 需 要 鑽 設 精 度 較 高 的 繩 孔 ， 施 工 初 期 準 備 時 間 較 長 ， 及 與 普 通 反 井 施 工 法 一 樣 有 通 風 條 件 差 、 工 作 面 易 聚 積 有 害 氣 體 、 在 地 質 條 件 較 差 時 影 響 作 業 及 安 全 的 顧 慮 ，隨 著 掘 井 深 度 的 延 深 ， 輔 助 時 間 加 長 ， 施 工 速 度 明 顯 減 緩 【 8】。
3 . 4 . 3 爬 昇 工 法 （ C li mbing M e t h o d）
爬 昇 工 法（ C limb ing M e t ho d）亦 即 爬 罐 法，顧 名 思 義 ， 係 利 用 可 以 爬 昇 之 載 具，將 工 作 人 員 及 機 具 載 至 工 作 面 施 作 之 工 法 。 爬 昇 鑽 炸 機 （ Raise C limb er） 係 1957 年 首 度 由 瑞 典 Linden -Alimak AB 開 發 引 介 至 工 程 市 場 ， 故 工 程 界 均 習 稱 為 Alimak 工 法 。 由 於 此 種 爬 昇 機 有 適 用 性 廣 、 經 濟 性 與 開 挖 速 度 較 快 等 優 點 ， 已 廣 為 世 界 各 國 採 用 ， 為 由 下 而 上 之 施 工 開 挖 機 具 【 9 】。 爬 昇 工 法 （ C limb ing M e t ho d ） 施 作 反 井 的 主 要 過 程 如 圖 3-10 所 示 【 1】。 作 業 人 員 安 裝 導 軌 和 在 爬 昇 機 上 自 下 向 上 反 井 施 工 作 業 同 時 進 行 ， 作 業 時 ， 先 在 豎 井 位 置 ， 由 隧 道 內 以 一 般 工 作 架 向 上 鑽 炸 2~3 輪 ， 每 輪 深 約 為 1.0 m 左 右 ， 暫 停 鑽 炸 ， 撤 走 此 工 作 架 ， 然 後 再 於 豎 井 一 側 之 隧 道 頂 面 ， 向 豎 井 方 向 裝 設 軌 道 至 豎 井 甫 開 挖 部 位 附 近 。 並 將 爬 昇 機 裝 置 於 軌 道 上 ， 即 可 進 行 向 上 之 首 輪 鑽 炸 作 業 ； 鑽 孔 並 裝 藥 後 ， 將 爬 昇 機 退 至 隧 道 頂 段 ， 隨 即 進 行 引 爆 ， 待 坑 內 廢 氣 排 除 後 ， 於 隧 道 內 以 隧 道 出 碴 機 具 將 爆 破 跌 落 於 隧 道 底 面 上 之 碴
料 ， 裝 至 隧 道 外 運 棄 ， 同 時 爬 昇 機 再 沿 軌 道 前 進 並 上 駛 至 首 輪 爆 破 下 方 ， 沿 井 壁 接 長 一 輪 所 昇 高 長 度 之 軌 道 ， 再 將 爬 昇 工 作 架 駛 至 此 處 ， 即 可 進 行 向 上 之 次 輪 鑽 炸 作 業 ， 如 此 ， 逐 輪 向 上 爆 破 ， 節 節 昇 高 ， 直 至 豎 井 頂 部 地 面 為 止 。
爬 昇 工 法 一 般 採 人 工 施 鑽 ， 故 以 手 提 式 鑽 機 向 上 施 鑽 ， 鑽 孔 深 度 每 輪 約 1.0 m 左 右 ， 爬 昇 機 施 鑽 之 有 效 直 徑 約 在 2 . 0 m 左 右 ， 因 此 ， 鑽 炸 後 之 豎 井 直 徑 僅 在 2.0 m 左 右 ， 如 較 設 計 直 徑 為 小 （ 豎 井 直 徑 在 4.0 m 左 右 ）， 即 須 再 行 擴 挖 ， 此 時 可 利 用 此 一 爬 昇 機 裝 置 進 行 擴 挖 。
由 於 首 次 開 挖 之 中 間 孔 直 徑 在 2 . 0 m 以 內 ， 而 由 中 間 孔 向 孔 壁 四 週 施 鑽 水 平 孔 欴 深 度 亦 僅 約 1.0 m 左 右 ， 因 而 擴 挖 完 成 後 之 井 孔 直 徑 ， 多 在 4.0 m 以 內 。 如 豎 井 直 徑 大 於 4.0 m 以 上 時 ， 因 受 爬 昇 工 作 架 有 效 作 業 半 徑 所 限 之 故 ， 已 無 法 再 用 爬 昇 工 作 架 擴 挖 。 因 而 如 須 擴 挖 ﹝ 或 再 擴 挖 ， 通 稱 第 二 次 擴 挖 ﹞ 時 ， 必 須 改 採 前 項 所 述 之 沉 挖 法 擴 挖，即 而 由 地 面 另 設 塔 架 及 懸 吊 昇 降 工 作 架 進 行 由 上 向 下 逐 輪 擴 挖 ， 其 作 業 方 式 如 一 般 沉 挖 法 ， 惟 其 爆 破 後 之 碴 料 ， 可 自 行 跌 落 於 井 底 隧 道 底 面 上 ， 再 由 下 方 隧 道 出 碴 機 具 運 棄 【 1】。
爬 昇 工 法 與 吊 罐 施 工 法 比 較 類 似 ， 具 有 工 作 效 率 高 、 速 度 快 、 勞 動 負 荷 較 小 、 施 工 經 濟 等 優 點 ， 其 缺 點 是 設 備 投 資 較 大 ， 及 與 普 通 反 井 施 工 法 一 樣 有 通 風 條 件 差 、 工 作 面 易 聚 積 有 害 氣 體、在 地 質 條 件 較 差 時 影 響 作 業 及 安 全 的 顧 慮 ， 隨 著 掘 井 深 度 的 延 深 ， 輔 助 時 間 加 長 ， 施 工 速 度 明
顯 減 緩。爬 昇 工 法 施 工 時 豎 井 頂 面 場 地 可 配 合 同 時 整 理 施 作 （ 上 水 平 輔 助 隧 道 不 需 事 先 開 通 ）， 故 對 於 工 期 要 求 較 緊 迫 之 工 程 ， 可 予 考 量 採 用 。 從 理 論 上 講 ， 爬 昇 工 法 施 工 深 度 可 達 上 千 公 尺 ， 但 由 於 受 制 於 通 風 、 排 煙 影 響 ， 及 綜 合 經 濟 效 益 考 量 ， 通 常 用 於 施 工 深 度 不 超 過 150 m， 且 岩 層 相 對 穩 定 之 豎 井 工 程 【 8】。
3 . 4 . 4 昇 井 鑽 鑿 工 法 （ R a i s e B o r i n g M e t h o d）
昇 井 鑽 鑿 工 法 首 先 是 在 南 非 為 開 鑿 當 地 金 屬 礦 ， 於 1 9 5 3 年 發 展 起 來 的 ， 當 時 為 了 避 免 發 生 危 險 ， 人 們 把 驅 動 裝 置 放 在 上 水 平 面 。 當 時 之 昇 井 鑽 鑿 設 備 結 構 簡 單 、 馬 力 小 ， 主 要 用 於 鑽 鑿 小 直 徑 淺 孔 。 到 了 60 年 代 ， 特 別 是 1 9 6 2 年 美 國 羅 賓 斯 公 司 研 製 出 第 一 台 有 桿 反 井 鑽 機
（ Raise Borer） 以 後 ， 昇 井 鑽 鑿 技 術 才 得 到 迅 速 發 展 ， 其 應 用 範 圍 也 不 斷 拓 寬 【 8】。 於 工 程 方 面 ： 鑽 鑿 豎 坑 供 鐵 、 公 路 穿 越 隧 道 時 排 除 隧 道 內 之 污 濁 空 氣；水 力 發 電 廠 之 引 水 隧 道 、 平 壓 塔 、 壓 力 導 坑 。 國 防 方 面 ： 洲 際 飛 彈 地 下 發 射 台 。 以 及 礦 山 直 井 ： 礦 石 生 產 搬 運 、 通 風 、 排 水 通 道 。 其 他 仍 有 地 下 儲 油 窖 通 道 ， 地 下 避 難 所 ， 垃 圾 及 核 廢 料 掩 埋 等 用 途 已 有 數 十 年 歷 史。近 年 來 因 設 備 不 斷 之 革 新 與 研 發 ， 加 用 偏 孔 自 動 導 航 校 正 儀 後 ， 對 井 程 精 度 控 制 ， 施 工 速 度 和 縮 短 工 期 方 面 均 獲 致 良 好 結 果 【 10】。
昇 井 鑽 鑿 工 法 係 利 用 昇 井 鑽 機 （ Raise Boring M a c h i n e ）， 施 作 之 工 法 ， 主 要 過 程 如 圖 3-11 所 示 【 7】。
先 由 上 往 下 鑽 鑿 一 導 孔 （ Pilot Hole ） 至 坑 底 後 ， 再 以 擴 孔 鑽 頭 由 下 往 上 擴 孔 （ Reaming Up ） 成 昇 井 ， 若 豎 井 設 計 斷 面 大 於 擴 孔 昇 井 直 徑 ， 可 再 由 上 往 下 擴 挖 至 設 計 直 徑
（ 混 合 工 法 ） 如 圖 八 所 示 。 依 目 前 所 取 得 資 料 ， 國 外 昇 井 鑽 孔 深 度 已 達 1230 m， 擴 孔 直 徑 達 6.5 m， 可 以 鑽 鑿 從 水 平 到 垂 直 的 鑽 孔【 8】。 國 內 最 新 的 紀 錄 即 為 北 宜 高 速 公 路 雪 山 隧 道 一 號 豎 井 的 排 氣 井 ， 深 度 達 500.9 m， 擴 孔 直 徑 2.44 m。
昇 井 鑽 鑿 工 法 之 主 要 鑽 進 方 式 有 兩 種 ： 一 種 稱 作 上 擴 法 ， 它 是 把 鑽 機 安 裝 在 昇 井 的 上 部 ， 先 向 下 鑽 導 孔 ， 導 孔 鑽 通 後 ， 將 鑽 桿 上 之 鑽 頭 換 裝 擴 挖 鑽 頭 （ R eamer）， 由 下 向 上 擴 挖 ； 另 一 種 稱 作 下 擴 法 ， 它 是 把 鑽 機 安 裝 在 昇 井 的 底 部 ， 先 向 上 鑽 導 孔 ， 導 孔 鑽 通 後 ， 將 鑽 桿 上 之 鑽 頭 換 裝 擴 挖 鑽 頭，由 上 向 下 擴 挖；其 作 業 狀 況 如 圖 3-12 所 示【 7】。
上 擴 法 與 下 擴 法 之 優 劣 比 較 如 下 ：
1. 下 擴 法 鑽 出 之 岩 屑 經 過 鑽 頭 反 覆 研 磨 後 被 循 環 洗 井 液 沖 洗 提 升 到 鑽 孔 外 ； 而 上 擴 法 的 岩 屑 基 本 上 可 不 受 二 次 研 磨 ， 靠 自 重 直 接 落 下 ， 因 此 其 擴 孔 速 度 較 下 擴 法 高 ， 同 時 刀 具 磨 損 也 較 小 。 2. 下 擴 法 的 導 孔 除 通 過 鑽 桿 外 ， 尚 有 排 除 岩 碴 之 作
用 ， 而 上 擴 法 僅 作 上 下 鑽 桿 ， 因 此 ， 其 鑽 孔 直 徑 較 小 ， 鑽 進 速 度 相 對 較 快 。
3. 上 擴 法 導 孔 開 孔 較 下 擴 法 容 易 ， 鑽 進 過 程 中 的 偏 斜 也 較 小 ， 因 而 其 鑽 孔 品 質 較 下 擴 法 有 保 障 。
4. 上 擴 法 人 員 機 具 在 豎 井 位 置 上 方 施 作 ， 作 業 環 境 條 件 遠 較 下 擴 法 人 員 機 具 位 於 隧 道 （ 坑 道 ） 內 施 作 為 佳 ， 設 備 也 便 於 保 養 、 維 修 。
綜 上 ， 在 無 特 殊 要 求 情 況 下 ， 一 般 不 採 用 下 擴 法 的 鑽 掘 方 式 。 但 若 由 於 某 種 條 件 限 制 ， 不 允 許 在 豎 井 上 部 安 裝 鑽 機 時 ， 選 擇 採 用 下 擴 法 也 是 合 理 的 【 7 】。
昇 井 鑽 鑿 工 法 與 普 通 昇 井 施 工 法 、 吊 罐 法 、 爬 昇 工 法 相 比 ， 具 有 以 下 優 點 ： 1.作 業 安 全 ， 2.勞 動 條 件 好 ， 3.掘 進 速 度 快 、 工 作 效 率 高 ， 4.擴 孔 後 之 昇 井 璧 滑 順 ， 有 利 於 控 制 土 壓 ， 降 低 通 風 阻 力 ， 利 用 為 排 碴 井 時 阻 力 小 ， 5.鑿 井 深 度 大 ， 可 鑽 鑿 較 深 之 井 筒 。 昇 井 鑽 鑿 工 法 勢 將 成 為 機 械 化 昇 井 工 法 中 一 種 較 為 完 善 的 方 法，是 地 下 工 程 中 一 種 根 本 改 革 之 技 術 。
3 . 5 豎 井 開 挖 輔 助 工 法
豎 井 與 隧 道 兩 者 施 工 之 最 大 差 異 在 於 豎 井 開 挖 前 進 為 垂 直 方 向 ， 而 隧 道 則 為 水 平 （ 或 接 近 水 平 ）， 因 此 地 下 湧 水 與 出 碴 處 理 ， 乃 成 為 豎 井 開 挖 必 須 面 臨 之 兩 大 難 題 。 開 鑿 隧 道 或 豎 井 首 重 掌 握 與 瞭 解 地 質 環 境，但 是 無 論 採 取 鑽 探 或 其 他 的 方 法 ， 事 實 上 仍 無 法 全 面 瞭 解 ； 控 制 地 質 之 環 境 ， 是 減 少 地 質 變 化 風 險 較 可 以 接 受 之 方 法 。
在 鬆 散 不 穩 定 含 水 地 層 或 在 湧 水 量 很 大 的 穩 定 裂 隙 岩 層 中 ， 為 克 服 豎 井 開 挖 期 間 湧 水 問 題 ， 需 要 採 用 特 殊 施 工 方 法 施 工 ， 主 要 概 分 排 水 及 阻 水 兩 大 工 法 ； 排 水 工 法 有
重 力 排 水 或 強 制 排 水 兩 大 處 理 方 式 ， 阻 水 工 法 有 灌 漿 工 法 、 冷 凍 工 法 、 壓 氣 工 法 等 地 盤 改 良 處 理 方 式 【 11】。 在 考 量 地 質 條 件 、 施 工 環 境 及 預 算 成 本 ， 並 根 據 以 往 施 工 經 驗 而 有 各 種 不 同 之 解 決 方 式 。
豎 井 採 用 沉 挖 工 法 開 挖 ， 在 施 工 過 程 中 若 下 方 水 平 隧 道 已 通 過 ， 利 用 排 水 工 法 處 理 湧 水 時 ， 可 採 用 重 力 排 水 ， 即 由 井 底 開 挖 面 鑽 孔 至 下 方 水 平 隧 道 排 除 湧 水；若 下 方 水 平 隧 道 未 通 過 ， 祇 得 採 強 制 排 水 來 處 理 ， 利 用 抽 水 設 備 將 水 抽 至 地 面 排 除 。 惟 施 工 中 若 遭 遇 湧 水 量 過 大 ，除 採 用 排 水 工 法 排 除 湧 水 外 ， 通 常 尚 需 配 合 阻 水 工 法 （ 地 盤 改 良 ） 之 施 作 ， 以 維 持 開 挖 作 業 之 順 利 進 行 。
3 . 5 . 1 灌 漿 工 法
灌 漿 工 法 係 將 地 層 中 之 土 壤 顆 粒 間 之 空 隙 、 土 層 界 面 、 岩 盤 裂 縫 或 空 隙 ， 或 斷 層 、 剪 裂 之 破 碎 帶 等 ， 加 以 填 充 膠 結 ， 而 成 為 一 體 之 固 結 改 良 工 法 ， 其 應 用 於 隧 道 施 工 湧 水 處 理 設 計 要 件 中，於 降 低 滲 透 性 及 改 善 軟 弱 地 層 之 力 學 特 性 始 終 扮 演 非 常 重 要 的 角 色 ， 不 但 可 止 水 、消 除 管 湧 及 固 結 地 層，進 而 形 成 支 撐 拱 環 等 地 質 改 良 之 先 撐 後 挖 或 修 復 處 理 之 重 要 工 法 【 12】。 灌 漿 工 法 應 用 於 豎 井 施 工 ， 其 施 工 方 案 可 概 分 為 短 階 鑽 灌 方 式 及 全 程 預 灌 方 式，並 依 其 需 求 目 的 選 擇 適 用 漿 材，再 依 據 漿 材 特 性 及 其 在 岩 盤 內 的 行 為 ， 擇 定 適 用 之 灌 漿 工 法 。 常 用 之 灌 漿 工 法 及 灌 漿 材 料 概 述 如 下 【 12】：
一 、 常 用 灌 漿 工 法 ：
1. 滲 透 灌 漿 (Permeation G routing)
在 不 明 顯 改 變 軟 弱 地 層 結 構 和 體 積 的 情 況 下 ， 以 低 壓 將 漿 液 灌 入 地 層 ， 滲 透 充 填 空 隙 。 此 種 灌 漿 技 術 需 視 地 層 的 滲 透 性 ， 而 選 用 不 同 的 漿 材 。 通 常 ， 滲 透 係 數 K 值 大 於 10- 2c m / s e c 的 地 層 採 用 水 泥 漿 施 灌 ； K 值 介 於 10- 2 和 10- 4 c m / s e c 時 ， 則 採 用 水 泥 與 矽 酸 鈉 溶 液 混 合 漿 (簡 稱 LW 漿 )； 至 於 K 值 低 至 10- 5c m / s e c 時 ， 則 使 用 更 昂 貴 的 樹 脂 漿 ； K 值 低 於 10- 6c m / s e c 的 地 層 通 常 不 適 用 滲 透 灌 漿 。
2. 壓 密 灌 漿 ( C o m p a c ti o n G routing)
將 具 有 高 內 摩 擦 力 且 粘 滯 性 大 之 濃 水 泥 砂 漿 灌 入 可 壓 密 的 軟 弱 地 層 中 ， 同 時 排 擠 壓 密 周 圍 地 層 。 這 種 壓 密 作 用 就 像 油 壓 千 斤 頂 由 徑 向 擠 壓 軟 弱 地 層 顆 粒 ， 進 而 達 到 實 質 地 密 實 ， 而 形 成 改 良 固 結 體 。 3. 擠 入 灌 漿 ( S q u e e z e G routing)
水 泥 漿 在 高 壓 下 灌 入 軟 弱 地 層 ， 致 地 層 因 水 力 擠 裂 而 分 離 、 產 生 裂 縫 ， 使 漿 液 順 利 灌 入 。 因 灌 入 漿 液 的 楔 狀 作 用 ， 故 能 增 加 軟 弱 地 層 內 應 力 及 強 度 ， 且 充 填 不 連 續 空 隙 ， 使 地 層 形 成 密 實 固 結 體 。 4. 噴 射 灌 漿 (Jet G routing)
此 工 法 (或 稱 高 壓 噴 射 灌 漿，High P ressure G r o u t i n g ) 與 前 述 灌 漿 技 術 有 實 質 的 差 別 ， 因 其 完 全 破 壞 軟 弱 地 層 的 結 構 ， 並 使 地 層 顆 粒 就 地 與 灌 入 之 膠 結 漿 材
混 合 ， 形 成 均 質 固 結 結 構 體 。 二 、 灌 漿 材 料
灌 漿 材 料 係 流 動 性 物 質，利 用 灌 漿 泵 將 其 壓 灌 到 預 定 之 地 層 空 隙 內，經 一 段 時 間，會 產 生 凝 結 或 硬 化（ 亦 稱 為 膠 凝 化 ） 的 情 形 。 灌 漿 材 料 種 類 繁 多 ， 但 主 要 材 料 來 區 分 ， 則 可 分 為 下 列 三 種 ， 亦 可 混 合 配 成 多 種 灌 漿 材 料 。
1. 水 泥 、 黏 土 或 膨 土 及 水 泥 、 膨 土 懸 濁 型 灌 漿 材 料 。 2. 溶 液 型 水 玻 璃 系 灌 漿 材 料 。
3. 溶 液 型 高 分 子 系 灌 漿 材 料 。
其 中 2、 3 與 水 泥 固 體 粒 狀 截 然 不 同 ， 是 一 般 所 稱 之 化 學 藥 液 。 以 此 材 料 施 灌 ， 現 統 稱 為 化 學 灌 漿 。 懸 濁 型 灌 漿 材 料 亦 包 含 有 混 合 或 添 加 水 玻 璃 等 之 材 料 在 內。高 分 子 系 灌 漿 材 料 包 括 聚 胺 酯 樹 脂（ Polyurethane）
系 、 亞 克 力 系 （ Acrylamid ）、 尿 素 系 、 及 鉻 酸 木 質 系 等 在 內 ， 多 數 高 分 子 系 藥 液 對 環 境 生 態 有 害 ， 故 目 前 除 前 者 外 ， 均 不 使 用 。 近 年 來 所 倡 導 之 適 用 地 盤 之 各 種 灌 漿 材 料 如 表 3-4 所 示 。
3 . 5 . 2 冷 凍 工 法
凍 結 技 術 源 于 天 然 凍 結 現 象 ， 冷 凍 工 法 在 土 木 工 程 中 是 一 種 以 強 制 方 式 來 做 為 地 盤 改 良 的 工 法，利 用 通 過 冷 媒 使 土 層 孔 隙 水 溫 度 降 至 冰 點 下 而 凍 結 ， 減 低 土 層 之 透 水 性 ， 並 提 高 其 強 度 。 此 工 法 第 一 次 （ 1862 年 ） 是 使 用 在
英 國 維 爾 斯 山 脈 礦 區 軟 弱 地 盤 之 豎 坑 開 挖 上 ； 1880 年 德 國 工 程 師 F． H． P o e t c h 首 先 提 出 了 人 工 凍 結 法 原 理 ， 並 於 1883 年 在 德 國 阿 爾 巴 裏 煤 礦 成 功 地 採 用 冷 凍 工 法 建 造 豎 井 。 但 此 後 因 年 平 均 溫 的 關 係 ， 此 種 工 法 反 而 在 歐 洲 及 蘇 聯 使 用 較 多 ， 而 日 本 自 1959 年 由 京 都 大 學 的 村 山 塑 郎 教 授 首 先 提 倡 後 ， 已 大 量 成 功 應 用 到 世 界 許 多 國 家 的 隧 道 、 地 鐵 、 基 坑 、 礦 井 、 市 政 及 其 它 地 下 工 程 的 輔 助 工 法 上 【 12， 13】。
凍 結 法 加 固 地 層 的 原 理 ， 是 利 用 人 工 製 冷 的 方 法 ， 將 低 溫 冷 媒 送 入 地 層。把 要 開 挖 體 周 圍 的 地 層 凍 結 成 封 閉 的 連 續 凍 土 牆 。 以 抵 抗 地 壓 、 並 隔 絕 地 下 水 開 挖 體 之 間 的 聯 繫 。 然 後 在 這 封 閉 的 連 續 凍 土 牆 的 保 護 下 ， 進 行 開 挖 和 做 永 久 支 撐 的 一 種 殊 地 層 加 固 方 法 【 13】。
凍 結 的 原 理 其 實 非 常 簡 單 ， 先 將 凍 結 管 埋 入 地 盤 中 ， 並 利 用 輸 入 的 冷 卻 液 通 過 進 、 回 管 路 與 地 層 相 連 ， 通 過 凍 結 管 與 地 層 進 行 熱 交 換 ， 將 冷 量 傳 遞 給 周 圍 地 層 ， 而 將 地 層 中 熱 量 帶 走 。 由 此 使 凍 結 管 周 圍 地 層 由 近 向 遠 不 斷 降 溫 ， 逐 漸 使 地 層 中 的 水 變 成 冰 ， 將 土 中 的 孔 隙 水 冷 凍 並 和 土 砂 凍 結 成 一 體 ， 形 成 不 透 水 的 凍 土 柱 ， 如 此 凍 土 本 身 即 具 備 有 止 水 性 與 強 度 。 若 干 個 這 樣 的 凍 結 管 排 列 起 來 ， 通 過 凍 結 管 內 的 冷 媒 不 斷 迴 圈，使 這 些 凍 結 管 周 圍 土 都 凍 成 凍 土 柱 。 隨 著 凍 土 柱 半 徑 不 斷 擴 展 ， 相 鄰 凍 土 柱 就 會 相 連 ， 彼 此 通 過 冰 緊 密 結 合 在 一 起 ， 形 成 密 封 連 續 牆 ， 並 透 過 鄰 接 凍 土 柱 之 管 列 效 應，即 可 在 地 盤 中 形 成 任 意 形 狀 之
遮 水 牆 或 耐 力 牆 。 圖 3-13 是 不 同 凍 結 時 間 凍 結 管 周 圍 凍 土 發 展 和 凍 土 柱 相 連 結 過 程 【 13】。
冷 凍 工 方 有 直 接 式 (消 耗 型 製 冷 劑 系 統 )和 間 接 式 (迴 圈 冷 媒 系 統 )兩 種 ； 典 型 間 接 式 凍 結 系 統 主 要 包 括 冷 凍 機 和 地 層 凍 結 系 統 兩 部 分，將 氯 化 鈣 (BRINE)不 凍 液 (凝 固 點 最 低 可 達 － 70 ℃ ) 經 由 冷 凍 機 冷 卻 後 ， 經 凍 結 管 凍 結 地 層 。 直 接 式 凍 結 法 ， 所 用 製 冷 劑 主 要 有 液 氮 或 固 體 二 氧 化 碳 溶 於 酒 精 後 的 液 體 ， 它 們 既 是 製 冷 劑 ， 又 是 冷 媒 ； 用 泵 直 接 把 這 種 液 體 抽 入 地 層 裏 的 凍 結 管 內，另 一 端 排 出 已 同 地 層 發 生 過 熱 交 換 的 尾 氣 。 這 種 方 法 中 ， 凍 結 管 內 溫 度 一 般 較 低 ， 液 氮 可 達 － 190℃ 左 右 ， 這 時 凍 土 牆 可 在 幾 小 時 內 形 成 ， 對 於 處 理 一 些 工 程 事 故 和 高 大 建 築 物 下 施 工 ， 具 有 速 度 快 、 操 作 方 便 和 凍 土 牆 承 載 能 力 大 等 優 點 ， 當 然 成 本 也 高 【 12， 13】。
冷 凍 工 法 適 用 於 飽 和 砂 土 及 軟 弱 粘 土 。 一 般 說 來 不 是 所 有 地 質 條 件 均 可 適 合 的，如 粘 土 層 即 因 膨 脹 與 收 縮 的 影 響 太 大 而 較 不 適 合，岩 盤 內 則 需 慎 重 考 量 膨 脹 的 壓 力 與 空 間 。 當 地 下 水 流 速 超 過 2 m/day【 21】，（ 液 態 氮 系 統 不 得 大 於 10 m/day）， 其 帶 進 的 熱 會 使 凍 結 管 間 的 凍 土 無 法 連 結 ， 將 會 妨 礙 凍 土 的 形 成 ； 地 下 水 溫 及 含 鹽 量 亦 將 冷 凍 工 法 中 冷 凍 設 備 需 求 因 素 ， 因 此 於 施 工 中 ， 經 由 地 下 水 的 測 定 ， 認 為 地 下 水 流 已 有 所 影 響 時 ， 在 凍 結 區 域 外 的 周 圍 進 行 減 低 地 下 水 流 之 補 助 灌 漿 ， 是 有 所 必 要 的 【 12】。
3 . 5 . 3 壓 氣 工 法
壓 氣 工 法 為 處 理 地 下 水 穩 定 地 盤 工 法 之 一 ， 一 般 做 為 輔 助 工 法 之 用 。 壓 氣 工 法 始 源 於 西 元 1700 年 末 ， Mr.
S m i t i o n 在 橋 樑 基 礎 首 先 使 用 「 潛 鐘 」， 西 元 1800 年 代 法 國 人 發 明 「 沉 箱 」 應 用 於 建 築 物 的 基 礎 與 「 潛 盾 」 應 用 於 隧 道 工 程 ， 皆 以 壓 氣 為 輔 助 工 法 ， 至 西 元 2000 年 已 有 約 300 年 的 歷 史 【 12】。
壓 氣 工 法 基 本 原 理 如 圖 3-14 所 示，為 利 用 空 氣 經 由 壓 縮 機 加 壓 所 製 造 之 加 壓 空 氣 ， 來 抵 抗 地 層 中 之 間 隙 水 壓 ， 防 止 因 地 下 水 滲 入 造 成 土 壤 軟 化 、 崩 壞 或 產 生 湧 水 。 亦 即 在 一 侷 限 空 間 內 輸 入 壓 縮 空 氣 （ 簡 稱 壓 氣 ）， 使 此 拘 限 空 間 維 持 在 一 定 之 設 定 壓 力，此 一 設 定 之 壓 力 即 為 抵 抗 地 下 水 孔 隙 水 壓 之 壓 力 ， 使 作 業 場 所 免 於 湧 水 之 困 擾 ， 以 利 施 工 作 業 之 工 法 ， 稱 之 為 壓 氣 工 法 。
各 種 地 層 對 壓 氣 工 法 之 適 應 性 亦 不 同 ， 黏 土 層 一 般 可 視 為 不 透 水 層 ， 其 透 氣 性 非 常 低 ， 壓 氣 直 接 作 用 於 開 挖 面 ， 壓 氣 壓 之 擋 土 效 果 十 分 顯 著 ， 在 漏 氣 量 極 少 下 可 增 加 土 壤 強 度 。 透 水 係 數 小 透 氣 性 低 之 地 層 （ 如 沉 泥 質 層 ），
可 以 壓 氣 工 法 防 止 湧 水 、 增 加 粘 著 力 、 發 揮 擋 土 作 用 之 適 用 地 層 。 且 在 低 的 壓 力 下 有 助 於 廢 土 處 理 ， 提 高 作 業 能 力 。 在 砂 質 地 層 ， 確 保 開 挖 面 之 安 定 重 要 條 件 為 防 止 湧 水 增 加 粘 著 力 ， 為 壓 氣 工 法 最 適 用 之 地 層 ； 壓 氣 使 孔 隙 水 減 少 ， 呈 濕 潤 狀 態 ， 藉 由 土 粒 子 間 隙 與 孔 隙 水 之 表 面 張 力 產 生 粘 著 力 ， 開 挖 面 安 定 度 增 加 ， 但 若 經 過 長 時 間 脫 水 乾
燥 ， 粘 著 力 消 失 則 容 易 崩 塌 ， 壓 氣 工 法 擋 土 效 果 喪 失 ； 若 在 大 斷 面 隧 道 頂 部 之 過 剩 壓 力 作 用 下 ， 使 漏 氣 量 增 加 ， 頂 部 因 乾 燥 脫 水 崩 塌 壓 氣 噴 發，而 底 部 又 因 壓 力 不 足 不 能 防 止 湧 水 ， 開 挖 面 安 定 困 難 ， 須 使 用 其 他 輔 助 工 法 。 透 水 係 數 大 透 氣 性 良 之 地 層 （ 如 砂 礫 層 ）， 基 本 上 屬 壓 氣 工 法 無 效 果 之 地 層 ； 通 常 ， 此 地 層 之 臨 界 壓 氣 壓 是 0 . 4∼ 0 . 5 kg
c m2（ 細 粒 成 份 含 量 多 除 外 ）， 作 用 於 開 挖 面 之 孔 隙 水 壓 高 時 ， 漏 氣 量 顯 著 增 大 ， 隧 道 內 必 要 之 壓 氣 壓 維 持 困 難 ， 不 可 能 防 止 開 挖 面 之 湧 水 ； 自 然 的 壓 氣 擋 土 作 用 少 ， 開 挖 面 之 安 定 困 難 ， 因 此 必 須 併 用 降 低 地 下 水 工 法 ，或 以 地 盤 改 良 防 止 漏 氣 。 互 層 狀 況 造 成 壓 氣 工 法 之 效 果 差 異 甚 大 ， 開 挖 面 上 部 有 不 透 水 層 時 適 用 ， 相 反 的 ， 則 須 配 合 輔 助 工 法 ； 一 般 而 言 不 透 水 層 和 透 水 層 之 界 面 水 為 脈 狀 湧 水 ， 以 壓 氣 止 水 相 當 困 難 ， 須 採 用 灌 漿 工 法 改 良 地 盤 。在 運 用 壓 氣 工 法 中 加 、 減 壓 過 程 所 產 生 減 壓 症 ， 必 須 考 量 當 壓 氣 壓 增 加 時 ， 在 人 體 內 大 約 1 m3 之 氮 通 過 肺 部 與 血 液 溶 入 量 也 增 加 。 而 當 壓 氣 作 業 結 束 回 到 大 氣 壓 時 ， 經 由 減 壓 排 出 體 外 。 若 此 一 減 壓 階 段 未 依 作 業 標 準 辦 理 ， 餘 氮 量 留 在 體 內 呈 飽 和 狀 態 將 成 為 氣 泡 ， 引 起 血 管 阻 塞 或 組 織 、 關 節 等 缺 氧 現 象 ， 此 即 為 減 壓 症 之 要 因 ， 不 可 不 慎 【 12】。
豎 井 工 程 為 垂 直 深 層 開 挖 ， 地 盤 岩 層 變 化 大 ， 加 以 全 斷 面 開 炸 、 排 碴 作 業 ， 基 本 上 已 不 適 用 壓 氣 工 法 。 壓 氣 工 法 必 需 具 備 壓 氣 特 有 的 設 備 與 人 員 ， 於 高 壓 室 內 作 業 之 故 ， 作 業 人 員 與 作 業 時 間 等 有 所 限 制 ， 若 安 全 防 範 不 當 有
罹 患 壓 氣 病 之 虞 ； 不 論 工 程 規 模 大 小 ， 壓 氣 工 法 亦 需 相 等 之 設 備 ， 成 本 花 費 高 ， 又 其 遭 遇 破 碎 岩 層 或 透 水 係 數 大 透 氣 性 良 之 地 層（ 如 砂 礫 層 ），另 需 採 用 其 它 工 法 改 良 地 盤 ， 故 豎 井 工 程 鮮 有 採 用 壓 氣 工 法 輔 助 施 工 之 案 例 。
第 四 章 豎 井 施 工 法 之 選 擇
4 . 1 豎 井 施 工 法 選 擇 考 量 因 素
豎 井 施 工 法 選 擇 ， 與 隧 道 工 程 工 法 選 擇 類 似 ， 惟 豎 井 施 工 條 件 一 般 較 隧 道 施 工 為 差 ， 應 更 仔 細 地 就 地 質 、 工 期 、 安 全 、 技 術 、 成 本 及 施 工 品 質 等 各 方 面 考 量 ， 選 擇 最 適 宜 的 施 工 方 案 。 豎 井 若 需 通 過 惡 劣 地 質 （ 如 岩 層 鬆 散 、 破 碎 、 含 水 量 高 等 ）， 豎 井 無 論 採 沉 挖 或 昇 井 方 式 施 工 ， 均 另 需 採 行 有 效 之 輔 助 工 法 固 結 岩 盤、排 除 地 下 水 或 防 堵 地 下 水 大 量 湧 入 工 作 面 ， 故 輔 助 工 法 之 選 擇 ， 亦 影 響 豎 井 工 程 施 工 安 全 及 順 利 與 否。以 下 就 豎 井 施 工 法 及 其 輔 助 工 法 選 擇 考 量 之 重 要 因 素 分 別 予 以 探 討 。
4 . 1 . 1 水 平 隧 道 通 過 與 否
一 般 豎 井 施 工 方 法 之 選 擇 ， 端 視 井 底 水 平 隧 道 是 否 通 過 井 底 為 主 要 條 件 ； 井 底 水 平 隧 道 未 通 過 時 ， 開 挖 方 式 僅 得 以 沉 挖 工 法 施 作 ， 井 底 水 平 隧 道 已 通 過 ， 開 挖 方 式 可 採 用 沉 挖 工 法 或 昇 井 工 法 施 作 。
依 據 已 有 之 施 工 案 例 ， 亦 有 採 沉 挖 及 昇 井 工 法 施 作 同 一 豎 井 情 形 ， 如 南 迴 鐵 路 中 央 隧 道 西 豎 坑 工 程 ，豎 井 上 半 段 採 沉 挖 工 法，下 半 段 採 混 合 工 法（ 沉 挖 工 法 ＋ 昇 井 鑽 鑿 ） 施 作 。 惟 其 前 提 ， 仍 需 下 方 水 平 隧 道 通 過 時 ， 方 得 採 行 昇 井 工 法 。 故 若 能 確 實 掌 握 下 方 水 平 隧 道 之 施 工 進 度 ， 併 用 沉 挖 及 昇 井 工 法 施 作 ， 亦 屬 可 行 。
4 . 1 . 2 地 質 條 件 考 量
地 質 條 件 好 壞 為 豎 井 開 挖 工 法 選 擇 之 最 關 鍵 因 素 。 不 論 選 擇 何 種 施 工 方 法 ， 首 先 要 了 解 工 程 之 地 質 條 件 。 中 國 十 三 陵 抽 水 續 能 電 站 豎 、 斜 井 施 工 （ 豎 井 十 一 座 、 斜 井 四 座 ）， 採 取 了 沉 挖 工 法 及 吊 罐 、 爬 昇 、 昇 井 鑽 鑿 機 等 昇 井 施 工 法 ， 均 有 成 功 及 失 敗 之 案 例， 其 歸 納 結 論 如 下【 14】：
1. 對 處 在 地 下 水 十 分 豐 富 及 岩 層 節 理 發 達 、 連 續 破 碎 之 岩 盤 採 用 爬 昇 、 昇 井 鑽 鑿 機 等 昇 井 施 工 法 成 功 機 率 較 低 。 而 使 用 沉 挖 工 法 雖 較 費 時 費 力 ， 但 只 要 縮 短 開 挖 輪 進 、 加 強 支 撐 、 加 強 觀 測 等 穩 當 方 式 ， 反 而 是 比 較 合 理 的 選 擇 。
2. 在 Ⅳ ~Ⅴ 岩 盤 中 ， 昇 井 鑽 鑿 機 導 孔 鑽 設 時 易 卡 鑽 、 坍 孔 及 偏 斜 ， 很 難 形 成 導 孔 。 爬 昇 工 法 一 般 適 用 Ⅰ ~Ⅲ 類 岩 盤， 因 導 軌 在 破 碎 岩 盤 中 錨 碇 困 難 對 於 Ⅳ ~Ⅴ 岩 盤 施 工 非 常 困 難 ， 特 別 是 遇 到 3 m 以 上 的 斷 層 時 ， 不 僅 施 工 難 度 大 ， 而 且 更 難 保 障 施 工 安 全 。
3. 岩 石 強 度 影 響 鑽 機 工 作 ， 昇 井 鑽 鑿 機 需 要 選 用 匹 配 岩 石 強 度 的 機 型 。 岩 石 強 度 也 影 響 鑽 頭 壽 命 ， 對 施 工 成 本 有 極 大 關 聯 。
綜 上 ， 地 質 因 素 對 的 昇 井 工 法 的 適 用 性 影 響 較 大 ， 沉 挖 工 法 則 不 受 限 於 地 質 因 素 之 影 響 。
4 . 1 . 3 工 期 及 成 本 因 素 考 量
豎 井 採 沉 挖 工 法 施 工 ， 出 碴 作 業 是 佔 每 輪 鑽 炸 循 環 作
業 中 最 長 之 工 作 ， 可 達 50%以 上 【 15】， 採 用 昇 井 工 法 碴 料 以 重 力 式 落 入 下 方 水 平 隧 道 運 出，遠 較 沉 挖 工 法 將 開 挖 面 碴 料 以 提 吊 設 備 提 升 至 井 口 排 出 為 快；隨 著 豎 井 深 度 增 加 ， 此 一 影 響 更 為 顯 著 。 鑽 孔 及 開 炸 約 佔 每 輪 鑽 炸 循 環 作 業 30%左 右 工 時 【 15】， 若 採 混 合 工 法 （ 昇 井 工 法 配 合 沉 挖 工 法 ） 因 昇 井 完 成 之 自 由 面 ， 可 減 少 拔 心 孔 之 鑽 設 ， 進 而 減 少 輪 進 所 需 循 環 時 間 。
參 考 國 內 豎 井 採 沉 挖 工 法 開 挖 深 度 超 過 200 m 工 程 資 料，南 迴 鐵 路 中 央 隧 道 西 豎 坑 採 沉 挖 工 法 施 工 至 第 一 湧 水 段 （ 深 106 m 處 止 ） 平 均 月 進 度 18 m【 9， 16】， 之 後 約 1 7 0 m 之 深 度 因 湧 水 過 大 改 採 混 合 工 法 （ 昇 井 鑽 鑿 工 法 配 合 沉 挖 工 法 ）， 平 均 月 進 度 約 35 m。 雪 山 隧 道 二 號 豎 井 採 沉 挖 工 法 施 做 ， 其 進 氣 井 （ 239 m） 最 佳 施 工 月 進 度 為 25 m【 20】， 平 均 月 進 度 14.9 m（ 含 機 具 更 換 保 養 等 停 滯 時 間 ）。 可 知 豎 井 採 沉 挖 工 法 施 作 開 挖 輪 進 在 不 考 慮 特 殊 地 質 及 異 常 湧 水 處 理 情 況 下，其 正 常 月 進 度 速 率 大 約 在 20 m 左 右 ； 若 採 混 合 工 法 （ 昇 井 工 法 配 合 沉 挖 工 法 ）因 碴 料 由 擴 孔 後 之 昇 井 以 重 力 式 落 入 下 方 水 平 隧 道 運 出，排 碴 時 間 減 少 ， 而 增 加 開 挖 循 環 作 業 速 率 。
當 然 ， 隨 著 開 鑿 機 械 的 進 步 ， 豎 井 採 沉 挖 工 法 開 挖 ， 利 用 多 臂 式 傘 型 鑽 機 、 高 速 捲 楊 設 備 、 高 功 率 抓 岩 機 等 設 備 ， 在 地 質 條 件 相 對 穩 定 之 條 件 下 ， 豎 井 開 挖 輪 進 可 達 4 m， 多 有 月 掘 進 度 超 過 100 m 者 【 15】， 惟 相 關 機 械 設 備 費 用 亦 隨 之 提 高 。
