托軌工程梁施工實務

-以潮州枋寮段土建及一般機電工程為例

王玉璋/土木技師/世曦高工處計畫經理

張力云/交通部鐵道局南工處幫工程師

楊長益/世曦高工處工程師

一、     案例介紹

鐵路電氣化是臺鐵快捷化的關鍵要素，於現今全球暖化、極端氣候日趨嚴重之際，在節能減碳考量下，使得鐵路電氣化建設更形重要。南迴線及潮枋段，為環島鐵路電氣化最後一段，深具歷史意義。本工程案例，位於臺鐵潮州枋寮段電氣化工程(圖1)，配合維持鐵路營運需求及臺鐵局慢行區間數量限制下，採用托軌工程梁(共計7處，圖2~圖8)，克服穿越鐵路之挑戰，利用夜間封鎖時段，架設托軌工程梁定位、鋪設軌道，達成鐵路營運無縫接軌目標，俾利進行新建橋台、地下道及箱涵等結構體施作。

本文分別以該工法特性、施工流程、施工關鍵重點、監測管控作為概要說明，分享各界。

圖1  工程位置		圖2  溪州溪橋北橋台(托軌梁長度12m)
圖3  溪州溪橋南橋台(托軌梁長度12m)		圖4  佳冬站地下道延伸(托軌梁長度12m)
圖5  C104箱涵(托軌梁長度12m)		圖6  C105箱涵(托軌梁長度12m)
圖7北勢溪橋北橋台(托軌梁長度12m)		圖8北勢溪橋南橋台(托軌梁長度12m

二、     工法特性

1.施工期間維持鐵路單軌通行

托軌工程梁架設完成後，可於原路線在不影響列車營運條件下，進行橋台、地下道及箱涵等結構施工(圖9、圖10)，可節省腹地及另行鋪設臨時軌之費用。

圖9  北勢溪橋托軌工程梁		圖10  北勢溪橋托軌工程梁

2.單軌區間施工，挑戰及難度高

因工程機具會侵入軌道淨空，為維持鐵路正常營運，須利用夜間列車停駛期間，辦理路線封鎖，始可進場施工，施工時間僅約3小時，在避免影響旅客及確保軌道路基穩定前提下，極具難度及挑戰。

三、     施工流程

1.夜間辦理鐵路路線封鎖

利用火車停駛期間進行路線封鎖，始可進場施工。

2.既有軌道設施拆除

拆除既有軌道設施(PC枕、道碴等)，淨空托軌工程梁安裝範圍。

3.打設擋土鋼板樁

打設托軌工程梁跨距範圍之擋土鋼板樁(L=13m)，俾利後續新建結構開挖施作。

4.支承座位置打設鋼軌樁

托軌工程梁座落之支承座，底部打設鋼軌樁增加承載力。

5.支承座及托軌工程梁吊放安裝

先安裝支承座覆工板，並依序吊放工程梁、安裝PC枕、鋼軌及扣夾等。

6.托軌工程梁兩側銜接軌道鋪設

前後軌道線形及高程順接，並進行砸道及補碴。

托軌工程梁施工流程圖(圖11)及施工步驟一覽表(表1)如下：

圖11  托軌工程梁施工流程圖

表1  托軌工程梁施工步驟一覽表

四、施工關鍵重點

1.鋼梁底部支承穩定

考量托軌工程梁自重及火車通過時之活載重，支承覆工板底部，打設12支鋼軌樁(L=13M)，增加承載力，並將覆工板橫向束制為一體，減少變位及差異沉陷。

2.鋼縱梁安全性檢核

本工程採用托軌工程梁，係以2支6m之A572 Gr.50 H570型鋼，接合成12m工程縱梁，接合板之腹、翼板採A490高張力螺栓(M22)接合，跨徑為10.0m，依據「鐵路橋梁設計規範」及「鐵路橋梁耐震設計規範」，檢討載重組合，進行相關結構分析計算及檢核。

檢核分析之結果，符合規定及要求：

（1）構件剪力分布：分析結果最大剪力，發生在工程縱梁的支承端，其最大值為39.68tf(圖12)，工程縱梁最大剪應力232kgf/cm²，小於容許剪應力1,408kgf/cm²。

（2）構件彎矩分布：分析結果最大彎矩，發生於工程縱梁中央處，其最大值為94.48tf-m(圖13)，工程縱梁最大壓應力976kgf/cm²，小於容許壓應力2,112kgf/cm²。

（3）構件撓度分析：分析結果最大撓度，發生於工程縱梁中央處，其最大值為向下位移1.418cm(圖14)，符合一般鐵路活載重撓度限制L/700(10/700=0.0143m)之規定。

（4）工程縱梁接合處最大剪應力為9.17tf，最大彎矩為94.48tf-m，翼板承受拉力179.96tf，小於螺栓接合容許拉力397.05tf，腹板承受剪力9.17tf，小於螺栓接合容許剪力91.91tf。

圖12  工程縱梁剪力分布圖		圖13  工程縱梁彎矩分布圖
圖14  工程縱梁變位曲線圖

3.軌道線形高程順接

托軌工程梁上之鋼軌，須順接前後路堤段軌道之高程及線形，故支承座、鋼梁及鋼軌的高程及方位，均需詳細檢核計算，確保軌道高程及線形順接。

4.軌旁備妥道碴因應

考量托軌工程梁支承處，仍存有沉陷之風險，為避免影響列車營運，於工程梁進場後及使用階段，現場均備妥道碴(含太空包)，俾利路線養護作業(圖15、圖16)。

圖15  軌旁備妥道碴		圖16  軌旁備妥太空包

五、監測管控作為

托軌工程梁安裝完成後至使用階段，設置沉陷觀測點，進行監測作業(圖17、圖18)。並訂定警戒值及行動值，除由施工團隊進行監測(詳表2、圖19)外，並委外測量公司，進行加密監測(詳表3、圖20)，按規定提報監測成果，於發生變位異常時即時通報，可儘速採取適當因應措施，以確保鐵路營運安全。

圖17  軌道沉陷觀測點		圖18  軌道沉陷觀測點

表2 北勢溪橋托軌工程梁沉陷監測成果(施工團隊)

圖19  北勢溪橋托軌工程梁沉陷監測曲線圖(施工團隊)

表3  北勢溪橋托軌工程梁沉陷監測成果(委外監測)

圖20  北勢溪橋托軌工程梁沉陷監測曲線圖(委外監測)

六、結語

鐵路運輸是現今主要大眾運輸之一，車站所在之地，大多為人口密集之城鎮或都市。本工程新建橋台、箱涵及地下道等結構，大多位於車站或鄰近車站之位置，考量現有腹地限制及維持營運條件，採用托軌工程梁之工法，並透過施工團隊及委外測量公司之監測管控，順利完成本工程7處之托軌工程梁施作，亦節省可觀之臨時軌鋪設費用；惟該工法需利用短暫的夜間封鎖時段施工，在避免影響旅客及確保軌道路基穩定前提下，極具難度及挑戰，施工前須有完善的施工規劃，使用之材料規格檢核確認符合安全需求，並備妥緊急應變材料及措施，相關細節缺一不可，方可確保列車營運安全。