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卵礫石層隧道與岩石隧道施工問題之探討 張宏德 關鍵詞：隧道工程、卵礫石、隧道事故 摘 要 卵礫石屬第四紀固結不良沉積地層，因成岩作用尚未完成或因地質材料組成之因素，普遍具有(1)地盤完整且少有節理發育；(2)地盤強度偏低；以及(3)透水性高、遇水易弱化等特性。換言之，此等隧道之穩定性主要由材料本身所控制，與一般所謂岩石隧道取決於岩體構造有所不同。而由八卦山隧道之施工經驗得知，於卵礫石層進行隧道開挖作業所遭遇之問題，確與岩石隧道略有不同，也常因開挖面之穩定與否及地下水問題，引致隧道施工障礙或困難，且因國內欠缺卵礫石層隧道之施工經驗等，故卵礫石層隧道可稱為特殊地質隧道。因此，本文就國內部分岩石隧道中屬特殊地質隧道之處理案例，與八卦山隧道工程於施工過程中所遭遇之問題與處理對策做一比較，進而探討兩者異同之處，俾供日後於類似地層中隧道規設與施工之參考。 八卦山監造工程處 經理 岩石隧道案例之簡介 隧道工程中所稱之特殊地質，一般包括：軟弱地層、擠壓與膨脹性地層、湧水、斷層破碎帶、高岩壓及地熱、淺覆蓋及偏壓地段、含煤或礦坑地段、含有害氣體之地層等等，惟考量其地層、材料之力學特性、地質構造與地下水狀況等，本文僅選擇國內以往曾於軟弱地層、擠壓性地層、湧水或斷層破碎帶等特殊地質中施工之岩石隧道處理案例如：北二高之中和隧道、木柵隧道、北宜高之雪山(坪林)隧道、南二高之中寮隧道、蘭潭隧道、台鐵東線改善工程之新永春隧道、水資局烏山頭水庫送水管線改善工程之送水隧道等，加以彙整與說明於表1。 表1 岩石隧道事故之處理案例 隧道名稱 破壞模式 事 故 概 況 主 要 處 理 對 策 北二高 中和隧道 擠壓變形 隧道崩坍 隧道變形持續發生，陸續導致噴凝土龜裂、支保挫屈變形等；隨後於北上線修挖過程發生大規模坍落，引致南下線原擠壓段發生更嚴重擠壓破壞。 處理對策包括：噴凝土封面、門型H-型鋼緊急支撐、加設岩栓、崩坍孔洞回填灌漿、先撐管幕與隧道周圍之固結灌漿。 北二高 木柵隧道 擠壓變形 進入斷層帶後變形大增，經二次採加厚基腳噴凝土與岩栓補強後變形趨緩，待隧道上半部輪進時，又立即持續發生變形，致鋼支保挫屈、噴凝土龜裂，上半開挖後4個月，累計頂拱下陷達400 mm；隨後降挖洞台及仰拱並加以閉合，變形趨於穩定，惟恢復向前開挖後仍持續變形，且累計達1,300 mm以上。 於隧道內鑽設複(對)式預力地錨以強化岩柱(pillar)強度，另由仰拱向下施打系統岩栓，防止仰拱上舉並加勁下方岩盤等措施，先補強已開挖區段，俟隧道穩定後，再進行內侵斷面修挖作業。重設鋼支保及噴凝土等。 北宜高 雪山隧道 擠壓變形 大量湧水 導坑開挖直徑4.8 m，長度12.9公里，先行以TBM開挖，因大量湧水，破碎地盤抽坍，曾於1996.02.04及1997.12.09受困兩次。 隨後西行線隧道採鑽炸法開挖，上半通過頂拱下陷接近300 mm。 東行線隧道依導坑及西行線施工經驗修正開挖支撐，頂拱下陷接近200 mm。 1.採迂迴導坑、排水迂迴導坑、大口徑水平長距離鑽孔探查，兼排水，降低水壓，並進行固結、回填等處理措施。 2.西行線採台階開挖，並採固結灌漿，縱向連結已架設之鋼肋，及設置臨時仰拱噴凝土等。 3.東行線上半改採鑽炸，下半仍以TBM通過，支撐包括剛性更高之鋼支保，45 cm厚噴凝土，6 m長岩栓，固結灌漿。 南二高 中寮隧道 頂拱及開挖面崩坍 湧水伴隨10~100 cm不等之大小岩塊由開挖面崩落，頂拱抽心高達9 m，並伴有甲烷、油氣及疑似黑色原油。 1.緊急處理對策：噴凝土封面、打設排水孔導水、頂拱打設6 m長鋼軌樁。 2.修復處理對策：上半部採半半開挖、頂拱打設3M長前進支撐鋼管、縮短輪進長度，俟完成隧道開挖後再進行二階段之固結灌漿。隧道內加強通風，設置固定式及攜帶式有害氣體偵測器，每天偵測2次。 南二高 蘭潭隧道 淺覆蓋 軟弱地層 豐富地下水 豐沛地下水將導致岩體弱化，影響開挖面之穩定。 1.採用「側壁導坑」工法。 2.採用鋼纖噴凝土與桁架型鋼肋以防隧道擠壓變形。 3.由地表事先進行點井抽水。 新北迴鐵路新永春鐵路隧道 大量湧水 開挖面崩坍 1998.10.24隧道內突然出現大湧水量達25 m3/min，至1998.10.27湧水量增至50 m3/min，開挖面即發生大湧水夾帶土石掩埋達約110 m長，其後接連數日湧水不斷，並曾高達80 m3/min，至1998.11.07隧道遭土石掩埋長達540餘公尺後才逐漸穩定，坍流土石約15,000 m3。 緊急處理對策： 1.改善洞外排水 2.逐段配合坍方清理，於山側開挖迂迴坑 3.增設大口徑排水管洩水降壓。 4.進行補充地質調查 修護處理對策： 1.將部分主坑留做永久排水坑道，另闢東側修改