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1、 捷運潛盾隧道因鄰近工程施工受損案探討 常岐德 孫介文 黃南輝 段紹緯 台市政府捷運工程局 亞新工程顧問股份有限公司 摘要 台捷運板橋線其中一段潛盾隧道，自隧道結構體完成後，有個深 開挖工程先後在其附近施工，後發生隧道內仰拱混凝土與環片分，以 及隧道頂部環片出現紋之情形。 本文依據各項監測儀器測結果，評估相關施工活動對隧道的影響， 並探討隧道受損事件發生的原因。評估結果顯示，造成隧道受損的主因為 南側工地開挖引致地盤擾動所造成。文中對鄰近開挖造成地盤擾動的延伸 範圍及位移遲滯反應的現象，有進一步的明，並對似工程監測儀器之 選擇、配置和管控，提出回饋建議，期供深開挖工程對既有潛盾隧道保護 的考。
2、 關鍵字：潛盾隧道、安全監測、深開挖。 一、前言 台捷運板橋線之一段潛盾隧道，自 1995 11 月完成掘進作業後， 有個深開挖工程分別在距其南側約 12m 和西側進，如圖一所示。項 工程開挖深皆超過 20m，開挖期間為保護隧道結構的安全，於隧道內、 外佈設多項監測儀器，並定期加以觀測。唯於 1998 7 月中旬，隧道內 變位觀測點及縫計觀測值突然發生明顯的變化，並發現隧道內仰拱混凝 土與環片有分現象，以及隧道頂部環片出現紋情形。 本文依據蒐集之深開挖工程相關施工資，檢討各項監測儀器測結 果，並探討受損事件發生的原因及提出建議，期能將此經驗提供深開挖工 程對既有潛盾隧道保護的考。 二、基地土層
3、概況 板橋線沿線地層係由大漢溪與新店溪沖積而成，與工程施工有關之地 層為松山層和其下方之景美層。松山層的組成是由粘性土層與砂性土層交 互沉積而成，典型的松山層可分成個次層，由上而下，第、四、二次 層為粘性土層，第五、三、一次層則為砂性土層。松山層下方之景美層則 是以礫石層為主，亦稱為景美礫石層。 根據地質調查結果，潛盾隧道受鄰近工程施工影響段之土層分布及 土壤性質請圖二所示，景美礫石層深約位於地表下 47m。本段潛盾 隧道位於松山層第四次層中，第四次層分布在地表下深 9m 至 21m 間， 於深 5m 至 18m 間夾有粉土質細砂層，而潛盾隧道中心線深約為 17m 。 由於台盆地過去曾受到長期
4、而且大抽取景美礫石層中地下水的關 係，地下水位曾鉅幅下，後雖經政府管制而呈逐步回升態，但回升的 速明顯受到大批地下工程的影響而減緩，以至目前地下水位仍未能回 成靜態情形。本案所在地區地下水位約位於地表下 3m 左右；至於地下 水壓，在地表下深約 20m 上方，大致呈靜態分布，而自松山層第三次層 以下則明顯低於靜態水壓，松山層第三次層和第一次層的水壓分別低於靜 壓水壓約 6 和 10 ton/m2。 N 西側 工地 出發井 捷運下隧道中心 捷運上隧道中心 SIS604 SIS603 SIS606 SIS605 SIS608 SIS607 SIS611SIS612 續壁 地盤改 0.9 (TYP)
5、 2.2 (TYP) 2.02.2 21 46 2.1 46.5 (地盤改) 1.0 續壁 南側工地 1.2 4.3 0.6 預樁 Unit：m SIS：土壤中傾管 ?N(假設) 圖一 潛盾隧道及鄰近工地平面位置圖 三、工程概況及監測系統 本段潛盾隧道為條平之隧道，其中下線長 1030m，上線長 1038m，隧道中心線距 13.7 至 15.4m，其上方覆土厚則介於 11 至 21m 之間。本段隧道之縱坡在 3以內，轉彎半徑則以位於受損隧道附近為最 小，僅有 280m。隧道內徑為 5.6m，襯砌採用厚 25 公分、每環寬 1m 之 預鑄混凝土環片，環片間則以栓相。 潛盾隧道施工係採用直徑 6.
6、24m、長 5.46m 之土壓平衡式潛盾機， 掘進後即於環片背填孔進背填灌漿，以減少盾尾空隙所導致之地表沉 陷。 本段潛盾隧道之出發井設於上線西端，潛盾機於 1994.7.14 沿上線 由西向東開始掘進，在 1995.3.18 完成上線後，經東端迴轉井轉向後， 再於 1995.6.20 沿下線自東向西掘進，至 1995.11.9 到達下線西端後棄 殼而完成隧道掘進作業。 潛盾隧道完成掘進後，即續進絡通道和仰拱施工，其間有個 深開挖工程在隧道南側和西側先後動工，分別概述如下: 3.1 南側深開挖工地 南側工地開挖區呈長方形，寬為 46m。地下室主體開挖深達 21m， 擋土結構採用厚 1.2m、深
7、 36m 之續壁，側有局部向外延伸，開挖深 8m，擋土結構採用直徑 60cm，深 13m 之預樁。開挖自 1996 8 月開始，地下一層以上採順築工法，以下則採逆築工法施工。南側工地施 工承商為減少開挖引致之外側地盤變位，在開挖底面施作扶壁式地盤改 ，如圖二所示，並於隧道內、外佈設多項監測儀器，包括土中傾管、 水壓計、水位觀測井、隧道變位觀測點、縫計及地面沉陷點等。 3.2 西側深開挖工地 西側深開挖工程為地下三層結構體，開挖區長 288m，寬 26m，東 側變為 31m，採順築工法並用 H 型鋼內支撐開挖施工，除端集水坑部 份開挖深約 26m 外，其餘開挖深約 23.5m，共分成七階開挖及架
8、設 層支撐。擋土結構係採用厚 1.2m 之續壁，除位於東西側之續壁 深達 42m 外，其餘皆為 35m 深。本工程續壁係自 1997 12 月開始 施作，於 1998 5 月間完成，隨後即進中間樁打設，地下開挖則自 1998 8 月中旬展開。 現有地面 EL. +0.4 捷運上隧道中心 捷運下隧道中心 預椿 0.6 43 1.2461.0 EL. +8.0 開挖面 EL. +4.6 EL. 0.0 EL. 4.0 EL. 7.9 EL. 9.6 EL. 13.1 開挖底面 21 地盤改 5 續壁 高區 1 st 2 nd 3 rd 4 th 5 th SF SM CL SM CL SM CL
9、SM Gravel 圖二 潛盾隧道及南側工地剖面示意圖 Unit：m 四、事件發生經過 南側工地開挖期間為保護隧道結構的安全，於隧道內、外裝設多項監 測儀器，並定期加以觀測。唯於 1998 7 月中旬，上線隧道內變位觀 測點及縫計之觀測值突然發生明顯變化，現地勘查並發現上線隧道內 仰拱混凝土與環片有分現象，由隧道西端起算，混凝土分位置在第 6 環至第 70 環之間，最大縫隙約 20mm。經捷運隧道承商對環片座標進測 ，並與 1996 1 月隧道完成後之全段隧道檢測結果比較，顯示環片有 朝向南側工地偏移公分的現象，隨後再進複測及詳細勘查受損情形， 顯示上隧道頂部環片自第 11 環至第 49 環亦
10、已出現紋情形。 五、監測儀器觀測結果 為監控南側工地開挖施工對鄰近潛盾隧道的影響，所裝設之監測儀器 主要包括土壤中傾管(編號 SIS603SIS608 及 SIS611SIS612，計有 8 支)，豎管式水壓計(編號 SP603，SP604) 及水位觀測井(編號 OW603， OW604)，隧道內變位觀測點(編號 ST601ST612)，隧道環片縫計(編號 CG1CG12)等。其觀測結果分別明如下： (1) 土壤中傾管： 土壤中傾管裝設深均至地表下 50m，並進入景美礫石層中 m，故傾管底部應可視為動點。依其配置情形，可概分成三， 如圖一所示，第一係距南側工地續壁約 1m 處，如 SIS611
11、 及 SIS612(此二支傾管係因鄰近本段隧道之續壁內傾管無法測 而替補裝設)；第二位於隧道上線與南側工地間，其距隧道結構 外側僅約 1.52m，包括 SIS603、SIS605 及 SIS607 三支；第三則位 於隧道上下線中間，包括 SIS604、SIS606 及 SIS608 等三支。 由監測資顯示，靠近南側工地之第一傾管 SIS611 及 SIS612 之最大側位移發生於地表下 20 至 25m 間，分別約為 53mm(詳圖三) 及 50mm。由於此二支傾管替補裝設完成並於 1997 6 月 10 日開 始測時，南側工地已開挖至地表下 8m，且均於 1997 11 月上旬受 到續壁接頭
12、灌漿的影響，經考監測資的變化情形，推估其最大 變位可分別達到 63mm 和 55mm(中興，1999)。 圖三 土壤中傾度管SIS611歷時曲線 第二傾管 SIS603、SIS605 及 SIS607 之觀測結果顯示，SIS603 位移較小，最大位移約 20mm 且發生於淺層，可能是受到該傾 管與南側工地間有一淺開挖，多一道直徑 60cm 之預排樁，以及 SIS603 位於隧道上線出發井外圍地盤改區外側遠的關係。而 SIS605 約與 SIS611 位於同一斷面上，由時曲線可知其最大位移 約發生在地表下 17m(詳圖四)，且自 1998 5 月起即逐漸自 31mm 增 加至 1998 11 月
13、底之 53mm，積變化約 22mm。然 SIS611 之最 大側位移自 1998.5.26 至 1998.5.29 由 29mm 劇增至 49mm，三日內 增加 20mm，而至 1998 11 月底之積最大變位為 53mm。比較 SIS605 與 SIS611 之結果，顯示南側工地之續壁於 1998 5 月下旬 因為受開挖施工影響而產生明顯變化，唯此後即趨於穩定；而較遠處 之 SIS605 卻顯示有遲滯反應的現象，側向位移增加較緩。至於 SIS607 最大位移僅約 10mm，此可能是因為隧道曲線線形關係使得距開 挖區較遠，或者受到其他施工因素影響，但其時曲線在 1998 5 月 間仍有較大之變
14、化。 位於上下隧道間之第三傾管，在前二傾管和上隧道 發生位移期間，其時曲線均呈穩定，研判此一範圍土壤受南側工地 施工造成之擾動大，現地勘查亦未發現曾受到明顯之影響。 圖四 土壤中傾度管SIS605歷時曲線 (2) 隧道變位觀測點：此項儀器之測結果於 1998.7.20 產生明顯而一致之變 化後，其後續值尚屬穩定，如圖五所示，惟次測結果偶有規則 之跳動，研判與該儀器之測有關。 (3) 隧道內縫計：部分縫計其值於 1998.7.20 與隧道變位觀測點同步產 生明顯變化後，以後則大致均呈持平現象，未持續擴大。 (4) 水位觀測井及水壓計：水位觀測井深為 8m，水壓計深則為 25m 及 40m，其測結
15、果於隧道發生變位前後並無顯著之變化。其值自 9 月中 旬起有明顯上升情形，研判係受到雨影響，與隧道變位並無直接關。 圖五 隧道變位觀測歷時曲線 (ST601 ST606) 、事件發生原因及影響探討 捷運隧道自 1995 11 月完成掘進作業以後至隧道受損期間，檢討本 段隧道的鄰近主要施工活動，及其可能造成的影響情形評估如下: (1) 南側工地開挖施工： 由土壤中傾管 SIS611(距南側工地續壁約 1m，距隧道外緣約 14m)，SIS605(距南側工地續壁約 17m，距捷運上隧道約 2m)之最 大側位移已達約 5cm 以上，南側工地與捷運上隧道相鄰區域之土 壤均已受到擾動，且依據捷運局測隊之隧道真圓測結果顯示， 並造成上隧道中心最大水平偏移達 53mm，頂拱沉陷則達 68mm。 由土中傾管 SIS611 之觀測資顯示，其值於 1998 5 月底 曾產生明顯變化，增達 20mm。而較遠處靠近上隧道之傾管 SIS605 自 5 月開始至 11 月底則明顯呈逐步增加之情形，顯示上隧 道及其周圍土壤受南側工地施工影響之程是逐漸加，但亦以 5 月 份之增幅較大；至於隧道內之監測儀器反應較遲，應是受到隧
