高雄捷運橘線O1車站周邊建物

加強安全監測措施之建議

劉賢淋　技師

壹.前言

高雄捷運橘線O1車站工地之地下開挖，因連續壁體包泥導致漏水漏砂引致鄰房建物之下陷一事，一般皆將災變原因歸之於地質條件惡劣，但惡劣之地質條件下畢竟已完成了擋土擋水之連續壁，只是壁體品質是否能符合安全開挖之要求存疑而已，對於該等已完成連續壁體品質之確認以及更為合宜施工中安全監測方法之採用，應為後續施工安全控制之重點，除非尚有其它不可告知之因素，否則不應輕言放棄，以下僅針對後續施工安全保證提出相關之建議。

貳.連續壁壁體品質之非破壞檢測

首先針對連續壁施工記錄如開挖壁體超音波檢測結果及混凝土澆置記錄加以篩選出可能之壁體品質異常區，或是全面性進行連續壁品質之非破壞性檢測如下述：

1.連續壁混凝土品質之震波檢測法：

  利用連續壁內預埋之傾斜管或檢測用PVC管，置受波器於其中，沿傾斜管每隔一段距離撐開受波器貼緊管壁，在壁頂管旁以鎚擊產生震波，震波即沿壁體往下傳遞，由受波器接收之初達波即為由混凝土長度折射傳達之P波，因此於鑽孔內量測得之震波速度即為混凝土之波傳速度，所測得壁體混凝土波傳速度有如圖2.3所示三種典型，即(a)全長均勻型(b)下端減弱型及(c)上端減弱型。

圖2.1　實驗室試體 與 關係曲線

圖2.2　工地試體 與 關係曲線

(a)全長均勻型      (b)下端減弱型    (c)上端減弱型

圖2.3　沿連續壁深度變化之混凝土P波波速

圖2.4　 關係曲線 

混凝土抗壓強度 與波傳速度 之關係，則於現場鑽取已開挖露出之連續壁體之鑽心試體，浸水48小時後測其波傳速度 再進行抗壓試驗，由16個試體之試驗結果所得 - 關係曲線如圖2.4所示之粗黑線，其間相關性甚低，但若採『內政部現場工程施工品質評鑑』中所得關係如式(1)所示時，則如圖2.4所示虛線而有推測偏高可能，因此利用 以推測 時需相當小心。

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2.連續壁壁體反射震測法：

  連續壁震波檢測法係大誠工程顧問公司之發明專利，其原理是於連續壁頂以一人工產生震源震波信號，進入連續壁後，因壁體之異常物、不連續面以及壁底而產生反射，使信號反射回壁頂，由壁頂之受波器陣列收錄。震波檢測配置如圖2.5所示。當震源發震時時間為零，震波由壁體來回之歷時可記錄下來，經電腦分析處理後，可描繪連續壁體構造。

圖2.5　震波檢測法示意圖 

施測時，震源為以錘擊方式產生，受波器係使用6個加速度計，當每一錘擊時可同時收錄6條不同位置之震波描線，整合在一起成為一錘點剖面。這6個受波器展列在壁頂一直線上(即測線上)，錘擊點及各測點沿著連續壁一端開始施測，每次錘擊記錄得震波資料後，即順序移動錘擊點及各測點之位置，再施測及移動直至連續壁之尾端。施測前，可沿測線上以等間距安排測點並給與編號。震源與第一個受波器之距離(即近支距，near offset)預計為0.3公尺至0.9公尺。由現場施測各受波器接收記錄得之反射震波信號，於室內經震波資料處理得連續壁震波重合剖面，可判釋出連續壁之深度及瑕疵位罝。

  由連續壁頂震波檢測之震波信號經解除多工(demultiplex)，解除迴旋(deconvolution)，帶通濾波、重合等處理而得震波重合剖面圖，一般來說若連續壁體完整無暇疵存在，則於重合剖面圖顯現出較平淡無強反射信號之震波影像，若有包泥、斷裂或材料不連續面存在，則於此位置深度將顯現出不規則或強烈之反射信號，甚至震波頻率亦發生顯著變化。經震波資料處理分析而得連續壁震波重合剖面圖如圖2.6所示，由連續壁震波重合剖面圖知連續壁深度變化大致在30公尺左右，而連續壁體右側並無顯著之瑕疵存在，但左側下半部位則有包泥現象。

圖2.6　連續壁震波檢測結果重合圖 

參.連續壁週邊地盤之透地雷達掃描

3.1探測原理

透地雷達主要係藉由電磁波天線罩向地下或向結構體內發射出電磁波束，此電磁波經地層或結構體之傳遞，遇到目標體、異常體或層面處發生反射現象而傳回電磁波天線罩接收，由發射與接收所得之電磁波信號時間差、以及介質之電磁波速度得以計算出目標體之深度，同時由接收得到電磁波信號之強弱亦得以判釋目標體材質，因透地雷達能產生連續之高頻電磁波，因此能探測出地下或結構體內連續之高解析度剖面。

地表探測雷達所使用的原理與反射震測非常相似，反射波能量的大小與地層介電常數(dielectric constant)的差異程度有關，在一般自然界的地層情況下，地層電性介面的反射係數可以下式表示：

  式中r代表反射係數， 、 則分別代表上、下層的介電常數。此外，影響地表探測雷達探測深度的因素除地層介電常數外，尚應考慮地層衰減係數(attenuation factor)。透地雷達探測示意圖如圖3.1所示。

圖3.1　透地雷達探測示意圖 

3.2透地雷達儀器簡介

案例中探測儀主要使用美國GSSI公司製造之SIR4800型透地雷達，其主要設備包括主機及天線罩，主機含有發射及接受單元，發射單元能輸出400V之交流電壓，其信號產生間隔為50KHZ，而天線罩有各種不同的頻率規格，如80MHZ、300MHZ、500MHZ、900MHZ等不同頻率之天線罩，其穿透地層之深度不同對物體之解析度亦不同。案例中探測主要是使用300MHZ之天線罩進行掃描。

3.3透地雷達探測結果

案例中透地雷達探測之掃描測線係以300MHZ之天線罩進行掃描，掃描深度大致10公尺左右，圖3.2為各掃描處記錄剖面及影像圖，於圖中以不同之色調代表反射雷達波之強度(其強弱順序為白→黃→紅→綠→黑)。

於各測線掃描圖中淺部強反射為混凝土版或地面產生之強反射信號，而其下則反應出地層狀態，若地層均勻無孔洞或異質體存在則掃描圖中顯現出綠黑色，若有孔洞或疏鬆區存在，則於此位置依疏鬆程度顯現出強弱不一之反射信號。

案例中各測線灌漿前後透地雷達掃描影像如圖3.2(a)與圖3.2(b)所示，由掃描判釋圖可知，案例中地下地層原先於灌漿前之疏鬆區於灌漿後已不存在，因此應有良好之灌漿效果。

3.4透地雷達掃描在安全監測工作之應用

  於車站主體工程繼續開挖前，在周邊地盤與周邊建物之地版或地下室建立透地雷達掃描線，以適當頻率天線罩進行基準掃描測線之建立，若地盤尚無嚴重孔洞化現象，則掃描結果將如圖3.2(b)所示者，之後依開挖施工進度於適當時機對基準掃描線再以同頻率天線罩施測，若結果仍如圖3.2(b)所示者，則地層無增加之孔洞，倘若變成如圖3.2(a)所示者，則有增加之孔洞，此時應進行孔洞影響性評估以決定是否需採灌漿補救以避免惡化，於灌漿後亦可如案例所示以透地雷達掃描比對確立灌漿效果。透地雷達掃描可說是砂土地盤內開挖中鄰房安全監測很有效的工具，宜列入法定之監測項目中。

(a)灌漿前

(b)灌漿後

圖3.2　灌漿前後透地雷達掃描影像圖

肆.結語

後續施工安全之保證，宜先由施工管理單位提出相關前期施工之記錄，以供施工品質之評定後，針對可能異常區設定加強管理保護措施以確保鄰房之安全，前期施工相關記錄包含：1.連續壁挖掘時所做地層變化之記錄與前期鑽孔記錄之比對。2.連續壁挖掘時有關施工記錄，例如穩定液品質、壁面品質、混凝土品質與混凝土用量等。3.鄰房或鄰地相關設施之調查記錄，例如排水箱涵、地下管溝、地下室深度、結構基礎型式等資料。4.相關安全監測系統之監測記錄與成果分析。

為了增進鄰房保護措施，需先對已完成之連續壁進行品質檢測，針對異常處之可能不利影響加以評估後，必要時進行補強作業。而針對已完工連續壁之品質檢測工作有如前所述之震波檢測工作等，現地品質之試驗在大型土木工程有其必要性，尤其特殊地質條件下更是如此。

  利用透地雷達檢測砂土地盤之完整性，應為砂土地盤內深開挖安全之保障，因其掃描深度可達20公尺，可利用施工前與施工中或施工後掃描基準線之比對研判出施工過程對基礎地盤之影響，並進而分析其對上部結構之影響，該種檢測工作實有必要列入法定安全監測工作項目中，以提升砂土層為主要地層分佈區域深開挖工程之安全性。