礫石層淺覆蓋管冪工法開挖保護設計與施工

新北市政府工務局簡必琦科長、秦繼孔技正、涂貫迪技士

台灣世曦工程顧問蕭秋安技師、周坤賢技師、張福隆工程師

前 言

中山高速公路路堤於1970年代完工後，由於都市發展，路堤阻隔，造成兩側居民往來不便，如圖1所示。本計畫於預定路段設置淨高3m、淨寬12m、長度50m之車行箱涵，車行箱涵斷面如圖2所示。採管冪推進工法作為車行箱涵施工輔助擋土支撐工法。由於新建車行箱涵前後銜接道路採不設引道方式設置，故車行箱涵非常接近高速公路路堤頂面。

圖1  本工程位置空拍照片圖		圖2  本工程改建之車行箱涵橫斷面圖

區域地質及工址地層特性

本工址約位於台北盆地之中央偏西側，基地附近地勢平坦，地表高程約1~2m。台北盆地為一構造盆地，係因斷層陷落而形成。盆地內地層之基盤以第三紀沉積岩為主，上覆以第四紀未固結之砂、泥及礫石等沉積物。台北盆地沉積物依其特性，由老至新區分為新莊層、景美層及松山層等三個主要層次，本工程依據既有鑽孔資料指出，景美層深度約位於地表下70m處。本箱涵工程雖位於松山層內，但工程特性受既有中山高路堤土石組成影響甚大，依據鄰近力行路車行地下道施工經驗指出中山高路堤底部礫石回填層最大粒徑達0.7~1.2m，基地地層剖面圖如圖3所示。本工址簡化土層表如表1所示。

表1  工址簡化土層表

圖3  基地地層剖面圖

管冪工法之設計與施工

本案穿越高速公路車行箱涵，由於前後銜接道路高程限制，採無引道設計，於道路路口停等區因前後銜接道路，道路縱坡需<3%。所以本計畫箱涵會非常非常貼近高速公路路面。新建箱涵平縱斷面如圖4所示。工法之研選，考量解決淺覆蓋施工安全問題、未來箱涵之排水方式及高速公路與箱涵行車安全問題。

本工程規劃特色包括：於汐五高架及中山高路堤有限空間，最佳規劃配置，符合效能。免地面開挖，不影響高速公路行車。線型儘量抬高，節省營運維修成本。雙混合車道提高行車流量與安全。

圖4  車行箱涵道路平縱面圖

本工程首創國內外最淺礫石層淺覆蓋管冪施工，於非常艱困挑戰之環境下，克服困難，並已順利完成。有關之管冪施工案例彙整如表2所示。本工程覆土厚度0.75~1.2m，於礫石層中施工，為國內外首例，斷面配置如圖5所示。本工程於發進及到達井之覆土厚度分別為75cm及83cm。依據日本下水道推進工法設計指針1988年的建議，推管最小覆土厚度至少應為1D-2D以上，以維安全。故本工程上排採64cm管冪，共27支。下排採76cm管冪，共17支，主要是考慮遭遇障礙物時，機頭可以退回來，由人員進入，進行障礙物排除。下排三支綠色管冪是作為開挖支撐過程中，增加支撐底部承載力用。

表2  國內外成功穿越鐵路、高速公路管冪施工案例表

圖5  管冪工法穿越高速公路路堤斷面配置圖 

管冪工法主要將鋼管利用反力設備逐支鑽掘推入高速公路路堤內，形成ㄇ型之鋼管圍幕以抵抗周圍土壓，以保護涵洞開挖時的頂拱部，再配合臨時支撐進行分階段開挖。臨時支撐係在每隔適當距離設置水平及垂直之H型鋼支撐，以控制鋼管變形來避免道路面沉陷。

管冪工法之施工程序概分為管冪推進、開挖支撐以及箱涵施工等三部份，詳圖6。

(一) 管冪推進：先於高速公路兩側設置推進坑及到達坑，平面配置如圖7。管冪工法施工方式可區分為人工開挖及機械開挖，如採人工開挖則最小管徑為80cm。如採機械自動化開挖，因推進機中必須容納機頭、千斤頂、中折裝置等，故管冪最小管徑為60cm。兩側側壁鋼管之推進順序係由上而下，以構成ㄇ字形管冪；鋼管內部逐支以176kgf/cm²強度之混凝土填充，以增加管冪之勁度。

圖6  管冪工法施工程序示意圖		圖7  管冪工法平面配置圖

管冪推進機具及鋼管接頭施工照片詳圖8所示。另外，由於本工程在穿越高速公路下方時，遭遇路基填方之卵礫石級配料，其顆粒可達30cm以上，且愈下方顆粒愈大。因其顆粒超過推進管內徑30%以上，選用之機種應以破碎型機頭為主，並配合高濃度之泥水穩定開挖前方地盤，除可便於破碎卵石外，亦可防止前方及上方地層坍陷。依據日本之經驗，在最大礫徑40cm之地盤中，覆土厚度雖僅有1.5m，由地表之監測儀器測得之沉陷量在1cm以內。本工程上排管冪推進施工完成照片，詳如圖9所示。

圖8  管冪推進機具設備及鋼管接頭照片		圖9  上排管冪推進施工完成照片

施工階段回饋

(一)管冪施工精度控制

管冪推管過程中，利用紅外線經緯儀及標靶持續控制管冪推管施工精度，相關之儀器照片如圖10所示，依52m管冪推進施工完成之精度控制如圖11所示，由圖中可知，方向最大偏差量皆控制在3cm以內，相當於6/10000，遠小於規範值2/1000之要求，顯見本工程管冪施工品質良好，管冪推進及開挖施工完成照片如圖12所示。工區施工前及完工後照片如圖13所示。

圖10 管冪推進方向控制設備		圖11  管冪推進方向控制成果
圖12  管冪推進及開挖施工完成照片		圖13  車行箱涵改建前後照片

(二)管冪施工工率

本工程於礫石層淺覆土環境下，管冪推管之平均日進量約8.2m/日，詳圖14所示，總體來說，約每星期可完成1支52m管冪施工。

圖14  管冪施工平均日進量 

結論

本工程首創國內外於高速公路下方成功穿越淺覆土礫石層管冪施工案例，並順利完成，相關工程實例可供類似案例參考。免高速公路路面開挖，克服交通維持、施工空間不足，挑戰困難，創造最大公共利益。

誌謝

感謝新北市政府工務局，提供本計畫相關資料，以及本公司相關同仁提供施工相關資訊，一併致謝。

參考文獻

[1]    財團法人中華顧問工程司(2007)。「三重永安路穿越國道高速公路涵洞工程細部設計報告」 。

[2]    社團法人日本下水道協會(2003)。下水道推進工法指針與解說。

[3]    超流半盾構協會(2005)。泥濃式推進工法文獻集，日本。