鐵路工程梁明挖托軌工法之技術探討

蔡東宏技師

一、前言

隨著城市建設的高度發展，交通建設大量開發，各項交通路線相互交織狀況日益增加，穿越鐵路的公路或排水箱涵需求量將不斷提高，所以要在不影響列車營運及維持鐵路交通運輸下，施作箱涵結構，將是一個具有高效益、風險大及技術困難等特點之工程。近年來，台灣已陸續有很多使用工程梁明挖托軌工法來維持鐵路行車營運，進行鐵路下結構施作案例，施工時除現場管理須謹慎外，更需要鐵路局相關單位充分配合，俾使工程能在工期、經費與安全上達到最佳的管控。因此，本文將對鐵路工程梁明挖托軌工法之設計架構與施工考量，做簡單敘述後，以「台鐵潮州車輛基地穿越鐵路下之排水箱涵拓寬工程」做案例說明。

二、設計架構

工程梁明挖托軌工法之主體結構包括工程梁（含橫樑）、支承樁（座）和明挖擋土結構等，因此，設計時需做各項檢核。在明挖擋土結構部分，可考慮斜坡開挖、主樁橫板條或排樁型式，並視地層分布及地下水狀況，設置降水或止水樁等輔助工法。其相關設計架構分述如下：

　1.工程梁（含橫樑）設計：工程梁主要功能在於撐托鐵軌，作為臨時支撐梁使用。一般尺寸可採H型鋼H550~H700大小加工製作，工程梁以每單元長度為6M，視現場跨度接合成12M或18M等長度。

　2.支承樁設計：支承樁主要為工程梁托軌基礎，一般可採混凝土基樁、H型鋼或鋼管樁等型式，基於施工與軌道之間距、施工期程及工程等因素，建議以全套管混凝土基樁為主，通常在工程梁跨度10M以上，梁跨中間則需考慮設計支承樁作支撐。

　3.支承座設計：主要為工程梁兩側與路堤間結合之支承基礎，一般可設計混凝土或鋼鈑基礎型式，採鋼鈑基礎可有較好施工便利性。

　4.明挖擋土結構：鐵軌內與鄰近兩側的擋土構造及以外部分之結構，通常採較經濟之擋土結構，如排樁及主樁橫板條等。鐵軌內部部分，則需配合鐵路局夜間斷電封鎖時間（約5小時）內完成，所以必須採快速完成施工之工法為宜，如主樁橫板條等，若需考慮擋水效果，則須加設止水灌漿。

　5.監測系統配置：主要監測儀器包括壁體外傾斜儀、支撐應變計、水位觀測井、鐵軌沉陷點及地表沉陷點等。

三、工法考量

採用工程梁明挖托軌工法考量因素不外乎有經濟性、安全性及工期等，每個環節皆影響工程進行甚大，而這些因素也是決定工法評選與設計之重要條件。其工法評估考量因素歸納如下：

　1.安全與成本考量：工程主要掌控因素即為安全與成本，倘若兩者都能兼顧將為最佳方案。工程梁明挖托軌工法因工法簡單，經費也相對較便宜，且有較好托軌能力，可有效克服開挖時所產生地表沉陷問題，相對提高工程安全性。

　2.施工便利性：施工期間需維持列車營運，工法本身除在安全與經濟考量外，工法設計與施工均應有簡單、快速及機動等性質，使影響行車安全之風險減為最低。在工程梁無論架設與擋土開挖過程，都有單純性與機動性的優點。

　3.工期控制：由於施工期間需維持鐵路局列車營運需求，相關管線、電力桿遷移、回填道碴及鐵軌復舊等工程項目，需請鐵路局相關單位充分配合，妥善規劃後，才有較好工期掌握度。

　4.設計與施工階段介面協調：設計階段需將設計構想與鐵路局充分溝通與討論，並獲得認同與確認後，再參入鐵路局對工法之經驗配合，將可順利推動工程，實際達成縮短工期、節省經費與施工安全等成效。

四、實例探討-「台鐵潮州車輛基地穿越鐵路下之排水箱涵拓寛工程」

　 1.工程概述：本工程位於潮州車輛基地西側台鐵潮枋線上（單軌無電車線），沿線有兩座穿越鐵路下箱涵就地進行結構改建（B03及B05），其位置詳圖1，原箱涵寬度3.4M改建為6M寬，詳圖2。

圖1  台鐵潮州車輛基地排水箱涵改建工程位置圖		圖2  台鐵潮州車輛基地排水箱涵改建情形

　2.地質情況：本工址路軌下之地質主要為2M高回填土堤，其下為粉土質砂或黏土，標準貫入試驗SPT之N值介於7～30，地下水位約在地表下約1.5M左右，詳細地質狀況與設計參數，詳表1。

表1  詳細地質狀況與設計參數

　3.設計概述：本工程為單軌直線鐵路，無電車線及超高問題，其箱涵開挖斷面寬約8M，開挖深度約4M，經分析評估後，工程梁採H550×500×16×28型鋼，每單元3M，寬度2.7M，共3個單元，總長度為18M，因跨度為8M，故工程梁中間無須設置支撐。開挖側擋土採鋼板樁打設7M不拔除，配合一階水平支撐擋土，橫梁採H300×300×10×15型鋼，水平支撐H300×300×10×15。軌道兩側路基採H250×250×9×14（9m@50cm）型鋼加橫板條作擋土。工程梁兩側支承下打設H250×250×9×14（9m@50cm）支承樁後，採鋼筋混凝土作支承座。完成後工程梁兩側架設維修步道，提供鐵路局維修人員通行。

　4.施工步驟：　

　5.施工監測：為充分掌握施工期間工程之安全性，因此必須設置安全監測系統，以作為施工安全重要依據。本工程較為單純僅設鋼軌沉陷觀測點做監測控制，監測頻率為每3日1次，鋼軌沉陷觀測點分布，詳如圖3。

圖3  施工監測時之鋼軌沉陷觀測點分布

工程主要界面在與鐵路局相關單位間之配合

五、結論

對於穿越鐵路箱涵之設計與施工方法，工程梁明挖托軌工法卻具有安全、經濟與施工便利等優點。開挖寬度將決定工程梁長度，而良好支承座系統將是工程梁由簡支梁轉變為較穩固的靜不定梁之最大關鍵。另工程主要的界面將在於與鐵路局相關單位間之配合工作，以本文案例經驗，於設計階段中，充分與鐵路局保持良好溝通與協調，並針對現地狀況調整設計，完整估列相關配合工作項目做準備，如夜間封鎖、鐵軌拆除、電纜線遷移保護、整碴作業及復舊等工程，將有助於施工階段效率之提昇。本工程兩座排水箱涵改建工程於98年4月1日開工後，業於98年6月25日完工，比預估工期提早2個月，這歸功於鐵路局充分配合與指導，才能使工程能順利完成。

圖4 鐵路工程梁未施作前情形		圖5  鐵路工程梁施作後情形
圖6  鐵路工程梁接合組裝情形		圖7  舊排水箱涵打除後情形
圖8  排水箱涵改建前情形		圖9  排水箱涵改建後情形