台灣首座捷運橋梁

頂昇滑移創新工法介紹

-以高雄捷運岡山路竹延伸線第一階段跨阿公店溪橋為例

葉錦璋 土木技師/世曦高工處、吳義隆 局長/高市府捷運局、

劉旺政 副局長/捷運局、朱台森 土木技師/新亞、林昆德土木技師/佳彧

一、     前言

國內鋼構橋梁的施工技術，日新月異。在國1五楊拓寬工程林口跨越橋，採用水平旋轉工法；在泰山林口雙層高架橋段鋼橋，採用自走式高空工作車逐跨吊裝工法；在高鐵烏日車站附近之高鐵，跨中彰快速道路及筏子溪的大跨度桁架橋，採用推進工法；台北市社子大橋橋塔(105m高)，採垂直旋轉工法；另台鐵南迴鐵路電氣化工程-潮州枋寮段北勢溪桁架橋，採用橫移工法等，均推陳出新。

本案跨阿公店溪橋，歷經1年的設計、施工構想，考量工址複雜環境、地質條件、施工時程、空間受限及施工安全等因素，透過風險評估，工程團隊集思廣益，研擬新式並安全的橋梁施工工法-國內首創鋼橋頂昇滑移工法。跨越河道段維持通水斷面，使用電腦控制設備，同步將橋梁滑移至定位閉合，可達縮短工程、降低臨時設備成本、克服鋼橋熱脹冷縮閉合問題，並降低施工風險之目標。茲藉由本工法分享，提供工程界參考。

二、     概述

本工程範圍：起點為高雄捷運南岡山站(R24)北端尾軌，往北爬坡穿越介壽路橋及跨越阿公店溪，路線轉至臺1線路線、往北至臺鐵岡山車站前。計畫長度約1.193公里，設置高架岡山車站(簡稱RK1車站)，計畫路線示意圖詳圖1。案例橋址位於阿公店溪，滑移段鋼橋全長為72.5m(A101~P101)，主橋分為上下行線，鋼橋寬13.4m，兩側為鋼箱結構，組合成鋼U型斷面，鋼箱中間每間隔5m，設置一道橫梁；縱向設置4道縱梁，作為橋面結構，鋼重約900t，詳圖2。

本座鋼橋已於110年7月18日頂昇滑移定位完成。本文將針對工法特性、施工流程、施工關鍵重點、科技應用及創新，概要說明。

圖1 計畫路線工程平面圖及案例位置

圖2 跨阿公店溪鋼橋3D模擬圖

三、     工法特性

(1)  國內鋼橋首次頂昇滑移工法：初始考量傳統吊裝工法(大型移動式起重機)，惟，路線西側台1線阿公店溪橋上吊裝，既有橋梁設計載重，恐無法負荷大型移動式起重機；於路線東側則需於阿公店溪內施設棧橋及架設暫撐架。因阿公店溪之地質多為沉泥，評估棧橋需打設40m以上的鋼管樁。另施工期間勢必跨越汛期，鋼管樁間距緊密排列，再加上暫撐架坐落於深槽區，恐影響行水斷面甚大。除對河防安全有極大影響外，人員於溪上及溪底頻繁作業，亦有極大臨水作業風險，爰決定採用本工法。

(2)  施工期間維持通洪斷面：配合阿公店溪通洪需求，需維持通洪斷面，施工期間僅於高灘地上設置1處暫撐架，汛期可將影響降至最低，亦可降低施工風險。

(3)  頂昇滑移分4階段施作：為配合3節鼻梁拆除作業，滑移作業需分作4次進程，過程充滿挑戰及困難。

(4)  採用橋體自重作為前進動能：本工法將位能轉換前進動能，無需施作龐大反力座、減小施工腹地並排除機械因素。

(5)  鋼橋於地面組裝完成：與傳統鋼橋吊裝空中定位不同，全跨鋼橋均於地面段組立查驗完成再行滑移，可提高鋼橋構件接合及鎖固品質並縮短時程。

(6)  滑移不受汛期影響：全部作業採油壓系統於岸上施工，人員無需進入河道中作業，相關滑移作業較不受天候影響。

四、     施工流程

(1) 鋼橋地面組立-利用A101橋台南側做為鋼橋就地組裝區，因橋梁縱坡拱度限制，先設置臨時支撐架(B01、B02、B03及B04)。初期B03及B04組裝5單元鋼橋及前端鼻梁，待頂昇滑移11m再組裝第6單元，頂昇滑移18m組裝第7單元。(詳圖3)

圖3 B03及B04組裝5單元鋼橋及鼻梁		圖3 組裝7單元鋼橋

(2)前端鼻梁-考量鋼橋結構以及滑移跨距等因素下，經分析於鋼橋主梁前方，設置滑移用之前導鼻梁設施，總長度為27公尺，兩側共二組，期間設置橫向支撐梁。

(3)滑移座設置-滑移座及暫撐架，依鋼橋重量進行結構設計及製作。楔形座的角度依據本案特性，設計角度為10度，頂昇用主千斤頂能量選用1000噸，同步油壓缸(阻尼千斤頂)採用30噸之規劃設置。(詳圖4)

(4)橫向千斤頂設置-因受縱坡及橫坡限制，每一進程均需確認左右方向、前後方向之偏移量，同時進行高程及點位測量，以回歸校正鋼橋下一進程之滑移量及方向。

圖4 頂昇滑移設備

(5)前置作業-頂昇滑移系統之楔形座及調整座定位至支撐結構，連結固定同步千斤頂、頂昇千斤頂，測試滑移設備同步。

(6)主千斤頂將鋼橋頂昇-高度視所需滑動距離計算，過程中同步千斤頂同步向後，滑移距離一致，如需要進行單側滑移距離調整則暫停，以手動單座調整。

(7)主千斤頂將鋼橋下降-使用鋼橋自重以及同步千斤頂自動控制縮缸，使鋼橋向前滑移，直到同步千斤頂行程回縮到底後，重覆前項步驟(詳圖5)。滑移速度理論可達6m/h，本次實際操作控制為5m/h，滑移速度的增加和減少，由於液壓系統的特性，以及電腦程式控制的原因，加速度極小，以至於可忽略不計，這使整體滑移的安全性提高。

圖5 頂昇滑移作動程序示意圖

  (8)鋼橋滑移超越B01後，拆除鼻梁，完成拆除鼻梁，繼續滑移至閉合前1公尺暫時定位，再組裝P101門型鋼帽梁。之後利用B01頂昇滑移系統(主千斤頂控制上下、橫移千斤頂控制左右、滑移阻尼千斤頂控制端進)，控制前進3D方向，慢慢與P101鋼帽梁柱頭執行閉合作業(詳圖6)。

圖6 頂昇滑移現場施工情形

五、     施工關鍵重點

(1)解決地面組立空間：鋼橋組立為使用捷運箱涵路堤段腹地，因鋼橋具有縱坡，受到高程限制，地組空間應事先規劃吊車、及鋼橋構件進場動線順序。

(2)臨時支撐架：除考量鋼構靜載重外，另考量施工中地震(V_E採1年施工期)、風力(使用10年回歸週期風速)之影響(詳圖7)。

圖7 臨時支撐架荷重分析

(3)基礎檢核：本案於河道高灘地中，設有一處臨時支撐架及基礎，需向河川局申請跨河構造物申請，並設置石籠加強河道中基礎沖刷防護。河道高灘地設置基礎範圍其地盤承載力，經工地平板載重試驗後，回饋設計技師檢核符合需求，相關基礎結構依計算分析結果設置。

(4)鼻梁結構檢核(詳圖8)：以最大反力為42m跨距計算，安裝時機應依所檢核鋼橋重心安排，並考量既有橋梁之交維動線。

圖8 鼻梁結構檢核

(5)減小摩擦力消失時之動能：鋼橋總重約900t，滑移時採用8組30t同步千斤頂作動，滑移啟動時之磨擦力需降為最小，避免影響鋼橋啟動滑移時之穩定。滑移介面材料使用HDPE板，具有表面摩擦係數小之特性，摩擦係數約為μ=0.07~0.4，設置於本工程之滑移座斜面，減少摩擦阻力。

(6)鋼橋頂昇滑移設備：如採傳統式施工，需設置大型反力座，並使用人力拆裝及鎖固，時程較久並需考量結構及推橋過程之穩定；本案施工(詳圖9)，不需使用人力拆裝及鎖固，由主千斤及同步千斤頂同時作動，時程大幅減少，每一衝程所需時間約5分鐘；鋼橋滑移距離78公尺，以每次衝程30cm計算共需260次衝程，所需總工作時間縮短為22小時即可完成。

(7)設置橫向千斤頂：考量於頂昇滑移過程，每5m需測量鋼橋座標位於滑移路徑，為避免橫向偏移量過大，於確認偏移量後以橫向千斤頂調整，將偏差量分配於後續滑移衝程中，配合縮小偏移量至設計線形路徑為止。

圖9 創新之頂昇滑移設備

六、     科技應用創新作為

(1) 鋼橋前進原理，採位能轉換動能，動力來源為橋體自重，無需設置龐大的反力設備，大幅降低施工成本。

(2) 以橋梁工法支撐先進為基礎理念，設置少數臨時支撐座4座及加裝鼻梁，使鋼橋利用重心轉換，緩慢端進，安全又可靠，大幅降低施工風險。

(3) 利用類碗形結構(詳圖4)，當主梁下翼板非水平狀時，可藉此機制進行調整，避免垂直支撐座有集中應力產生。

(4) 電腦控制液壓同步千斤頂，通過資料回饋和控制指令傳遞，可全自動實施同步多點頂昇動作，包含負載均衡、行程矯正、應力控制、操作閉鎖、過程顯示和故障報警等功能，詳圖10。

(5) 使用空拍攝影，定期紀錄施工歷程，詳圖11，檢視橋梁線形及河道區域是否有異常狀況，藉由高空多角度檢視，可查察地面檢視所無法確認之衝突，並啟動相關因應措施。

(6) 利用縮時攝影，記錄跨溪橋頂昇滑移工法。包含鋼橋地組、鼻梁組立及滑移全過程記錄，將作為教育訓練及爾後相關工程參考。另引入BIM模擬衝突檢核(詳圖12)，分解施工步驟並檢核界面衝突，檢討研擬解決方案，於施工前使工作團隊瞭解程序、及可能發生之問題，進行探討，使相關進程順利完成。

圖12 跨阿公店溪橋之BIM模擬檢核應用

七、     結語

本創新工法之導入，提高施工品質及施工安全，縮短工期，降低施工對河川通洪之影響，對於國內類似工程，提供一個觀摩學習的教材及案例。最後要感謝，高雄市政府及捷運工程局各級長官的督導與指導，施工團隊縝密的規劃與工序安排，讓本橋施工順利完工。「零災害、永健康」是我們工作團隊共同的信念，本橋的滑移定位，也為本工程完工目標，更往前推進一大步。