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地下工程的發展趨勢(下)

白金瑞　技師

地下工程的發展趨勢

　1999年世界隧道工程大會在Norway的Oslo舉行，會中的主題是〝Challenges for the 21^st Century〞，其包括：(1)隧道施工及環境；(2)地下空間的利用；(3)無深溝開挖(Trenchless)技術應用於下部結構；(4)交通隧道；(5)水利隧道及電廠；(6)地下洞室作為公共空間的利用；(7)機械化。

　由於此次大會中各工程專家及學者所探討的主題與工具，可以看出未來大地工程的趨勢。以下綜合歸納如下：

1.系統科學的應用

　系統的不確定性，往往可採取兩種處理方法，一為統計處理，求得統計數；二為採取模糊數學方法，求得出模糊數。統計處理方法需要大量的歷史數據樣本；而採用模糊數學處理方法仍不免帶有主觀性。而灰色系統理論所提出的以區間及區間運算為代表的灰數處理，則是一種簡便實用的方法。

　Hudson(1992)出版〝Rock Engineering System－theory and practice〞一書，其以系統觀點來處理岩石工程問題。將影響隧道安全因素分為：(1)隧道開挖斷面；(2)支撐型式；(3)開挖深度；(4)開挖方法；(5)岩體品質；(6)不連續面的幾何形狀；(7)岩體構造；(8)岩塊品質；(9)不連續面裂縫寬度；(10)現地應力；(11)岩體行為；(12)水文條件。書中根據根據Matrix Coding理論分析影響隧道安全因素之輕重

順序，進而採適當的工程對策，以達成控制隧道安全。

　楊英杰(1988)利用人工神經網絡研究岩石工程穩定性控制參數。張玉祥(1988)利用識別模糊神經網絡與模糊數學研究巷道圍岩穩定性。王元漢等人(1998)利用模糊數學綜合評判方法預測岩爆。王來貴等人(1998)從系統關點思考岩石工程失穩破壞。張新泉(大陸1999)以系統工程的思想和方法為指導，對TBM施工系統進行認識和管理，提出了量化管理的原則。陳國榮(大陸工程地質學報1999)等人應用神經網絡設計系統設計岩栓支撐。

2.地下空間的應用

　日本隧道期刊(1998)連載講座針對大規模地下工程相關課題提出看法。日本土木技術（1998）特集：地下利用之現狀與課題，內容包括與地下利用有關構造物設計之指針及基準、大深度地下實驗設施與現狀、未來大都會之地下放流管線、神田川環狀七號地下調節池、東京都大規模地下變電所之建設、葛野川地下發電所之開挖、大阪市50萬伏地下輸電線大深度T型分叉潛盾機之設計與施工、LNG地下槽之建設、都市隧道施工、密集市街地區大深度之地下車站。

　為充分發揮地下空間的城市功能，大陸同濟大學地下空間研究中心經由對地下交通、地下公共設施、地下居住設施、地下市鎮管線、地下工業設施、地下儲蓄庫、地下防災等等多年研究、咨詢和教學成果出版「城市地下空間規劃理論與實踐」一書(1997)。

3.地下工程開挖技術

　新奧工法隧道充分發揮機械化施工優勢及經濟效益(大型自由掘削機掘削效率，日本1998)，軟岩隧道採微台階配合大型機械快速開挖期達安全性及經濟性施工(日本)。TBM機須克服破碎帶地質及擠壓性地盤，岩盤TBM同時能適應軟岩、破碎帶、硬岩地盤(T Matsuda1999)。電腦應用於D&B技術(Bever control system 1999）控制隧道斷面開挖形狀。鑽炸隧道經濟爆破技術之研究(張吉佐等人)。吳繼敏(大陸工程地質學報1999)根據節理狀況提出預測地下空洞超挖方法。軟岩隧道減輕地震控制爆破技術採半斷面微台階爆破開挖設計施工(1995「Historic Break-Throughs in the Swiss Alps」(Prof.R.Fechtig等人)一書描述隧道穿越阿爾卑斯山如何克服所遭遇嚴重擠壓、地熱、大量湧水、隧道通風、成本及勞力。

4.新技術

　德國與日本於高性能噴凝土研究與發展已克服多孔材料透水性和耐久性的缺點，其利用高強度噴凝土來減少隧道開挖面積，因而減少隧道總成本，且使用Lattice Girder 配合噴凝土形成最佳噴凝土支撐系統。另外，大陸研製成功TK96-1型濕式噴漿機，將鋼纖噴凝土應用於單層隧道襯砌。

5.隧道工程的書籍

　有關隧道工程的較新的參考書籍如下：

　(1)大陸科學出版社出版「複雜條件下圍岩穩定性與岩體動態施工力學」(1995)。

　(2)大陸水利電力出版社出版「系統工程地質導論」(1991)。

　(3)大陸科學出版社出版「岩土工程問題的反演算理論與工程實踐」(1996)。

　(4)大陸科學出版社出版「地應力測量原理和技術」(1995)。

　(5)大陸陳彭年等人發表〝地應力測量理論研究的新進展〞(大陸國家地震局地殼應力研究所)。

　(6)大陸蘭州鐵道學院出版「隧道力學數值方法」。

　(7)大陸同濟大學出版社出版「土建注漿施工與效果檢測」。

　(8)「Historic Break-Throughs in the Swiss Alps」(Prof.R.Fechtig等人)描述隧道穿越阿爾卑斯山如何克服所遭遇嚴重擠壓、地熱、大量湧水、隧道通風、成本及勞力。

6.岩石力學

　岩石力學是隧道工程必備的知識，當前岩石力學進展及發展動向可歸納如下：(1)重視工程地質宏觀研究；(2)發展岩石及岩體測試及監測技術；(3)加強對岩石(體)基本性質的研究；(4)廣泛應用數值分析於岩體力學中；(5)強調岩體力學在地下工程上的應用；(6)重視工程實例的總結分析、現場研判和專家系統的建立。(Z.T.Bieniawski(1992)出版「Design Methodology In Rock Engineering－Theory,education and practice」一書。

7.管理風險

　長隧道及地下空間如何面對火災？目前世界各國正研究如何控制隧道工程之風險。英國皇家礦冶學校將控制隧道工程風險正式納入課程(1998)。國際隧道協會於去年10月在瑞士舉辦第一次有關隧道工程風險管理研討會。

8.施工管理

　隨著信息處理和通信技術的突飛猛進，已開發國家如美國和日本的製造業正發生兩種根本性的變革：一種是技術性的變革，另一種是作業組織方面的變革。一方面它使得自然資源和人力資源在生產過程中的地位開始發生逆轉，另一方面它也使得在新型作業組織中的勞資關係發生根本性的變動(信息反饋加速與用〝腦〞製造時代，全球網絡經濟一書，大陸華夏出版社1998)。市場信息使企業內部結構正由〝金字塔型〞轉向〝網絡型〞，如果說金字塔結構是製造業時代企業的代表性的組織，那麼網絡結構是信息服務業時代的代表性結構。網絡型結構下的〝特別

結語

　隧道工程待解決的困難尚有許多，例如極其複雜的岩體和多變的應力環境，往往使岩栓支撐設計理論導致難以接受的誤差。未來隧道工程師面對的挑戰也是隧道工程風險管理方興未艾的原因。願從事隧道工程的同仁，能共同切磋，克服萬難，為安全美好的地下工程努力。