高雄市大中路橋 托底換柱工法解析

林建志  技師

壹、工程說明

高雄鐵路地下化系列工程中，左營區大中二路係以高架橋型式跨越鐵路，因臺鐵永久軌引道與大中路快速道路匝道F框架式橋墩衝突，為確保地下化順利切換，爰辦理大中陸橋托底換柱施工，採構築新墩柱連接既有帽梁，再以鏈鋸切除衝突構造物。本工程在UK397+879出土引道段、與大中路快速道路匝道F之框架式橋墩PF01毗臨臺鐵側橋柱，相互衝突，單元結構型式為兩跨連續箱型梁、曲率半徑120M，跨距配置為45.205M與52M，橋面寬度5.6M，如圖1所示。

貳、施工規劃   

大中陸橋上部結構，是由兩支RC墩柱及帽樑支撐鋼箱型樑，上覆橋面版所構成，下部結構均為基樁基礎，由LxWxD=25.5x6.75x3M基礎版承載，橋墩為雙支直徑3M圓型鋼筋混凝柱及預力帽梁構成，墩基共有14支基樁，支承橋樑載重。本工程UK397+879M（翠華路與大中路之交叉路口），因東側原有PFO1墩柱結構與新設臺鐵引道工程路線牴觸，為使引道順利施工，遂計劃於PF01與PF35間增建墩柱1支，完成新單柱橋墩後，將原有墩柱鏈鋸切除。工期四個月，其步驟如圖2所示，說明如后。

一、機車道及洲仔洋圳改道，整地降挖至原基礎頂部下一公尺處。

二、既有基礎植筋、混凝土打毛處理→增築基礎版及新墩柱→設置暫撐架及相關監測儀器。

1.新柱基礎版澆置強度280kg/cm²，單柱分為四次澆置(每次澆置高度2.5M、混凝土強度350kg/cm²)，最後一層採無收縮水泥砂漿澆置15cm。

2.鋼構托架採BH 730x360x25x45，錨定於新設墩柱。

三、設置暫撐架，千斤頂頂升→帽樑植筋後與柱筋搭接→澆置混凝土→採用無收縮水泥砂漿澆置H=15cm。

1.千斤頂進場前需校正，並提送經核可之試驗單位，開立托底前十四天內完成壓力錶及千斤頂組合之校正資料。

2.設置六組110噸千斤頂，千斤頂裝設於墩柱上部(同步安裝監測儀器)，架設鋼支撐與帽樑固定，型鋼支撐如同托架，可獨立支承橋體荷重。

3.應力轉移過程中，先將千斤頂施予55T預壓，因原墩柱切割時，應力仍由原樁帽承受，可避免鋼架直接受力撓度變形過大；同時配合監控系統，觀察實際負載，有效管控橋面及墩柱變位。

4.量測變位並與初始值核對，得各階段相對變位，系統即時傳送荷重數據及結構體變位，整合相關資料，以管控整個轉載過程。每階段繼續加載條件為：15分鐘內之相對變位量不超過0.05mm；1小時內相對變位量不超過0.25mm；未符合上述二條件時，需經2小時後再進行下一階段加載。

四、 無收縮水泥砂漿達齡期強度後，拆除暫撐架→切除原橋墩及部分帽樑→拆除暫撐架。

1.為降低機械破除產生之振動，影響原橋面上部結構，於橋柱與基礎交界處，先以鏈鋸切割分離。

2.應力自型鋼支撐轉移至新設橋墩時，加載至荷重100%後需維持24小時，相對變位量每15分鐘不超過0.05mm、或繼續荷載至40小時變位量不再改變，再將千斤頂鎖定。

3.施壓完成後，加壓設備暫不撤離，保留至墩柱切除後作下一步加減壓修正。

4.載重甫轉移新設橋墩期間，靜載重變形（包括墩柱切除過程及其他因素等），均由千斤頂作吸收或調整(使帽樑、上部結構不會發生沉陷或上拱)，調整標的為初始值 ± 5 mm範圍內。

5.托抵換柱切割過程，於作業區外30公尺作管制區，禁止人員、車輛進出穿越，避免意外發生。

施工注意事項(托底工法施工前後對照，如照片1)

一、     避免載重轉移過程，因過度施壓造成原墩柱發生拉應力，施予預壓值時，需參考靜載重作業標準來操作頂昇作業。

二、     載重轉移過程，千斤頂預力管理值採變位管控，以橋墩設置之變位計及傾斜儀測讀初值，載重轉移過程進行同步監控。

三、     支承轉換採DS-WS15鑽石鏈鋸分段切割，至少2組切割人員，由東側應力較小帽樑切除，並配合吊具（25噸吊車，鍊條吊勾），將舊樑及墩柱以公尺為單位，逐段拆除。

四、     為降低機械破除所產生之振動影響，原橋面上部結構，於橋柱與基礎交界處，以鏈鋸先行切割分離。

五、     載重轉移到新設墩柱，需使型鋼支撐解壓歸零，分段減壓（每階段減壓20T），至全部載重轉回至原墩柱。

參、施工監測

完善之監測系統可協助異常狀況之預警，故於施工前，即協助承商以教育訓練方式，建立施工人員正確之安全監測觀念與應變措施，並藉由妥善規劃之監測設備、正確之判讀與應變，充分掌握現場狀況與危機處理。大中路高架橋屬左營地區重要交通動線，為維持正常交通效能，本案採托底換柱工法施工，期將臺鐵隧道施工影響降至最低，施工過程為避免影響既有交通，配置監測儀器以利施工管控。

監測系統設置目的包括

　一、  驗證設計之適合性，包括所選用的設計模式和參數監測系統，為計測應力轉載過程，荷重變化及結構變位，資料擷取同步傳送至監控室，判讀數據作為控制油壓系統加、減載依據。

　二、  施工中預警，降低施工風險，確保安全監測各組千斤頂油壓值，以調整帽樑之傾斜角變量，讀數紀錄和沉陷資料需即時傳送，如於工作過程中，遇既有結構物錯位，應即停止工作，向工程司報告並獲得同意後，進行補救。

　三、  設計回饋，提升工程技術水準

施工監測主要協助托底工法安全管理及設計回饋檢討，故應設定安全管制值，並以該值訂定警戒值及行動值，以為安全管理之基準。

　四、  以監測方法配合設計或修正施工程序之依據

本案施工，設置沉陷計、應變計、傾斜儀等項目，為首要之配置需求，於設計安全管理(SPM)階段，進行詳細配置規劃及安全管制訂定。

為確保施工安全，利於施工控制及隨時掌握高架橋、地下道情況，施工過程中施予監測，依施工條件之特性，將設置人工及自動監測系統，包括反光菱鏡，傾斜儀、桿式沉陷計、水平傾度儀、應變計、沉陷點等，以隨時掌握結構物行為，監測系統佈設如照片2、照片3所示。為安全考量，將於支承轉換前PF01、PF35帽樑上，裝設自動化傾斜儀各2處（對應於下方新設RC柱位），並沿大中路高架橋面護欄旁，設置桿式沉陷計，記錄支承轉換前、中、後，觀側大中路高架橋變化；另於支承轉換時安排監視人員，設置無線對講機，以便通報橋下施工第一時間進行橋上車行管制。

照片2  監測儀器設置圖(1/2)		照片3  監測儀器設置圖(2/2)

肆、施工階段節能減碳作為

因應全球暖化、氣候變遷及能源短缺，節能減碳已成為全球共識。行政院公共工程委員會，甫於97年10月，完成「永續公共工程－節能減碳政策白皮書」，期能大力推動永續公共工程的理念，融入到工程全生命週期的每一階段，故本工程檢討各分項施工作業可行的節能減碳具體作法，如表1所列。 

表1  施工階段節能減碳作為

伍、鐵路沿線施工安全事項

　 一、施工期間必須做好工地周邊之安全設施，以確保鐵路安全營運及施工人員安全。

　 二、依鐵路局電化鐵路干擾防護標準規定，距電車線半徑5M以內之金屬物必須接地防護。

　 三、有關施工申請與審核、安全距離與淨空、施工安全設施、施工時鐵路局配合單位及施工單位應行辦理事項、事故責任等，除下述規定外，應遵照臺灣鐵路管理局「在臺鐵路線及設施附近施工工作要點」規定辦理。

　1.除另經工程司同意外，施工單位之機械器具、工具、車輛等，均不得侵入臺鐵建築凈空(距軌道中心1.9M)。

　2.施工單位在軌道邊挖掘土方，應有適當之擋土措施，施工圖需先送工程司，經會同臺鐵有關單位實地勘查確認，徵得同意後始可施工。

　3.如有跨越軌道上空施工，臺鐵得要求施工單位，在安全高度以上架設安全網或臨時支撐，以防止施工不慎損害電車線設備。

　4.如有跨越軌道上方之工程，應設置防護措施，以防止水泥漿濺落或施工物件掉落；施工所裝模板及支撐物料，應距電車線設備0.6M以上，並設置警告標誌，派員巡查檢視。

　5.施工單位工作，有危及鐵路或施工安全時，如架設跨越軌道上空結構，或靠近電車線打設鋼鈑樁，必須在夜間申請封鎖路線及辦理斷電後方可施工。

　6.施工中如發生土方鬆動、崩坍等情況，應即時停止施工，採取緊急措施，以策安全。

　四、跨越軌道之路橋工程，承商應設置防護設施，以防止水泥漿濺落及施工物件掉落，施工所裝設之模板及其支架等結構物，應距離電車線設備0.6公尺以上，並作好接地措施；在橋上工地，應設置警告標誌，並派人巡察檢視。

　五、施工承商在鐵路沿線淨空範圍內施工時，應於施工地點兩端指派列車瞭望員，瞭望員應配戴安全帽、穿著反光背心及攜帶警示旗、口哨、對講機等配備，負責列車監視工作，確保施工及行車安全。

陸、緊急應變措施

　一、當結構物變位量(沉陷量、傾斜量)、或支撐軸力超過警戒值時，首先進行全橋目視檢查，確認警報系統訊號無疑，應密切注意變化速率及趨勢，若變位量持續上昇，應查明變位量持續上昇原因，必要時通知應變小組動員機具及人員待命，隨時準備採取緊急應變處理(備妥警告標誌、鋼質防護圍籬或紐澤西橋護欄等抵達橋梁入口處、橋下大型拖吊車及組裝臨時鋼質支撐架等必要頂昇工作展開)。

　二、當結構物變位量或支撐軸力持續上升，超過行動值時，由工地負責人立即下達動員命令，加強戒備，採取緊急應變處理，如：採取封橋及架設臨時支撐架等防止斷橋之安全防護措施，並派員協助疏導交通及人員進出管制，降低損傷。

　三、托底工法施工災害類型及預防對策，如表2。

表2  托底工法施工災害類型及預防對策

　四、本案在監造團隊全程查證下，透過完善的監造組織，確實執行現場監造工作，本工程順利如期如質完成，施工過程並無災變及鄰損發生。

柒、結論

一、本案鐵路地下化工程沿線穿越多處橫交結構，其中穿越大中二路匝道為本計畫施工重點，由於需維持高架橋既有交通功能，需採特殊工法進行施工。

二、大中路快速道路匝道F橋墩採托底換柱工法，有效解決臺鐵引道衝突之框架式橋墩(改建為雙柱橋墩形式)，施工期間維持橋上之正常交通功能，完成後則依新柱位置復舊原有車道。

三、本工程採用對既有結構物及交通影響小之托底換柱工法施工，施工過程，既有橋梁結構應力系統及基礎受力狀態，會隨工程進行逐漸變化，本案成功佈設自動化監測系統，即時掌握結構行為，確保施工安全，效果顯著。