北宜高速公路92年可如期通車嗎?

參加施工中的北宜高速公路現場觀摩活動感言

林傳鐙 技師

 北宜高速公路西起北二高南港系統交流道經石碇、坪林,止於宜蘭縣頭城鎮,全長約31公里,中國土木水利工程學會與中華民國隧道協會合辦的工地觀摩活動,其行程從90年7月18日早上八時至下午五時,共有一百人參加,全部費用由中興工程科技發展基金會捐款資助。筆者參加此次活動,特撰此文供讀者參考。文中特別介紹TBM施工與傳統鉆爆法之優劣比較,做為爾後類似工程施工時選擇施工方法之參考。

工程計劃內容及施工進度

 本高速公路路線總長約30.8公里,道路部份以隧道為多,計有南港一號、南港二號(已改名石碇隧道)、鳥塗、彭山及坪林(現改名雪山隧道)等五段主隧道,每段隧道皆有東行與西行兩條主隧道,於二主隧道間另開鑿先驅導坑一條。橋涵工程雙向共42座,總長約11.2公里(亦即高架段有6.1公里長),餘為路工工程僅5.1公里,目前已完工通車路段為第一標工程(南港-石碇)不到四公里長,而第二標工程(石碇-彭山)大部份高架橋及一小隧道(鳥塗隧道)因承包廠商之財務不良使進度不佳嚴重落後,致去年被業主解約,經多次重新發包由華升營造工程得標正加緊趕工中。已施工接近完工路段的有第三標工程(彭山坪林段)主要內容包括彭山隧道(3834公尺),坪林一號高架橋(414公尺),坪林二號高架橋(640公尺),坪林行控中心專用道用穿越橋(314公尺)坪林行控中心專用道等工程,至今工程嚴重落後。尚未完工其進度僅接近百分之五十的路段有第四標工程(坪林頭城段)及第五標工程(坪林隧道導坑工程)前者主要包括坪林隧道12.9公里、頭城高架橋(719公尺)頭城交流道與收費站,後者工程內容為12.9公里前進在前之地質探查導坑,這部份工程皆因隧道施工時採用TBM全面挖掘機遭遇經過斷層破碎帶及發生十次大量湧水問題而除了四部TBM機頭(三大一小)中之一台大的報廢外,還因西向主隧道改用鑽爆法(因大TBM機頭報銷)而發生意外導致一位工地主任死亡,目前西行隧道已將最困難路段改用鉆爆法已順利通過而其進度已接近在前導坑掘進長度,而東行隧路之進度亦正迎頭趕上中,據估計若不再發生嚴重抽塌的狀況,全部工程可望在民國92年底全部完成全線通車。

坪林隧道的工程地質

 坪林隧道工程其導坑工程自民國80年7月開工迄今,其間作了完整的地質調查工作,規模之大在國內已屬首創,調查方法包括野外地質調查,航照與遙測判釋、震波控測、岩石力學試驗、槽溝開挖及栱坑開挖等。根據導坑隧道施工中的地質調查顯示,現場開挖等土質顯示。導坑隧道施工中的地質調查與主隧道並不相同,現場有V、VI、類不良岩體,其剪碎程度明顯高出施工前所預測的多出許多,可能是火成岩入侵,斷層式破碎帶較預期者高出許多所造成。尤其是狀況最差的巴陵斷層中有四稜砂岩破碎異常,其中夾有許多寬度小於1.5公尺高低角度不一,呈現不規則分佈的剪斷帶,其中又含有角礫岩與斷層泥,使山體大量高壓地下水經常阻隔於斷層泥的背後,當鑽掘機穿破此阻水層,即會造成大量湧水夾帶岩泥屑沖入隧道災害(出水量經常在150~430CMS),甚至出水量高達750CMS。由於四稜砂岩本身非常堅硬又破碎加上地質構造詭異太複雜難予正確預測。因此隧道土質鑽探時如何應用目前較先進的地質探查技術,以確定可能遭遇的剪裂帶阻水層,據以研擬適當對策,一直是施工單位非常重視的課題。

隧道採用TBM施工與鑽爆法工法比較

 本次活動參觀最後一站坪林隧道施工主線長達12.9公里(東行與西行各一條),為迄今亞洲第一、全世界排行第三長的公路隧道工程,目前所引進密閉式TBM(全斷面隧道鉆掘機)施工為台灣首創。其後雖有台電公司的士林火力發電工程頭水隧道採用開放式TBM施工及規劃中新武界(位於日月潭)引水隧道工程亦隨之採用其效果非常好,但後者因遇上瓦斯而未竟全功,發生災變主要是因為鉆掘機本身之前進鉆孔機尚無法掌握前進方向地質性質之正確性,若未來事先採取適當預防措施,TBM工法可縮短工期,降低施工地區環境造成之衝擊,減少對隧道施工之工人需求量及提昇我國隧道之水平,由於TBM法施工採用A、B、C、D及拱形共五節環片,拱形環片下又有一節K型墊環片,A、B、C、D與K型五環片形成真圓形發探圓圈之圓拱效力其抗壓力才非常好,而拱型環片與K型間有空間可供環境電力及通訊管廊用,隨著機頭前進之補助供應電力及轉送帶等設備可隨機頭前進,完工後拱環片之上面平部為非常佳之路基基座,施工期間作為鋪設運輸軌道之基座便道。鋪設環片完全靠機頭之環狀網支保及頂拱安裝設備順圓道安裝五片(A、B、C、D、及K型)環片背面與原土岩面間空隙需灌漿補實。牢固後作為機頭前進之支撐,順便將其後之UB盤全套設施(1.5公尺/環片寬)與機頭同步節節陸續前進。TBM剖面如圖所示,所用全密閉式TBM之工法最大優點在於可快速施工節省工期,依工地中興顧問林振基副處長估計,坪林隧道若全部採用鑽炸法可能需工期50年,而用TBM不到十年就可完成了。

感言

 如前所述,TBM開挖工法有提昇工程進度,降低對施工環境衝擊,減少勞工需求量及提昇施工技術等優點,然而一部機器之造價高達十億台幣,其折舊費很高,若土質鑽探無法事先項知,每次突來災害發生會造成極大的人員設備損失死亡,坪林隧道即是最佳例子。目前因鑽機前進探查孔鉆機遇到堅硬花岡岩而使鉆孔利刃耗換率大且無法正確掌握土岩性質,只好利用導坑水平長距離鑽機及改良式開採來施工,目前放棄全開孔而利用進度在前方的西行線鑿孔送人工到東行線之鑽機前方作上面五分之一高度的人工挖掘確實掌握土岩性質,依此方法施工估計,若不再發生重大災變,可望於92年底完工,台電公司亦僅能在92年底前完成供應坪林行控中心的配電設備,否則縱使全部隧道完工了,隧道中無電力可供照明及通風設施亦無法使用。因涉及土質不易掌握的坪林隧道(改名雪山隧道)可如期在92年底通車嗎?

 

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最後更新日期: 2005/05/07