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1、類號：SDS-P-046IOSH安全資料表全斷面隧道鑽掘工法(TBM)總號：0141瀏覽PDF檔案介紹1.使用範圍：全斷面隧道鑽掘工法係利用全斷面鑽掘機進行隧道開發之施工方法。隧道鑽掘機(TunnelBoringMachine，簡稱TBM)以切削轉盤(Cuffehead)進行連續之旋轉切削前方地層，搭配出渣系統，立即將開挖渣料後送運出隧道，於機身後側裝設有環片組裝機等設備可於開挖後立即架設環片，鋼護帶(Stnp)岩釘等支撐設施。因此可連續進行隧道之開挖與支撐作業，運用於長隧道施工尤見效果。使用TBM成功的要素除地質條件、機械設計外，還須具有專業素養的施工人員、周詳的施工規劃、良好的施工管理等相
2、互配合，始能發揮快速與經濟的雙重成效。TBM之設計需考量切削岩体之硬度、磨耗性等，以選用適當之削刀(RollenDisc)、切削馬達、軸承等旋切系統之設計。其施工能力自然會固所開挖之岩体性質而有差異，一般均需依個案地質構造予以設計或作局部改裝(由機具)。適於TBM開挖的地質最好具有中等強度、高均質性、低硬度(磨損)、少節理、無斷層、少地下水等條件。TBM大體上可依切削頭及盾殼的種類區分為開放型(opentype)及密閉型(closedtype)兩種。開放型TBM用於地質條件較佳，預期無膨脹性或擠壓性地質或無大量湧水的隧道。密閉型TBM用於地質變化較大，存在膨脹性或擠壓性地質或大量湧水的隧道。密
3、閉型TBM機身外周以鋼製盾殼包覆，以防止遭遇周圍岩盤鬆動時損及人員機械，一般多配合混凝土環片作為支撐，盾殼又分單節盾殼(singleshield)、雙節或伸縮式盾殼(doubleshieldortelescopicshield)。單節盾殼與主機連成一體，TBM前進時盾殼及支撐安裝設備亦隨同移動，所以安裝環片時需要停止前進。雙盾殼TBM為多採套筒式的兩節盾殼所組成，前節盾殼隨同切削轉盤的挖掘前進而移動，後節盾殼則用以頂撐岩壁成支壓於環片支撐上以提供前節盾殼之推進反力，俟完成一單元長度鉆掘後於後節盾殼組立環片，俟環片裝妥後即完成一作業循環。TBM盾殼當遭遇較大之剪裂帶及斷層材料時，局部鬆動，坍落之
4、石料擠壓TBM切削旋轉或致切削扭力負荷大增，超過機械負荷時即無法鉆掘，另因局部鉅大偏壓使TBM無法順利推進致使遭夾埋的可能性大增。此時大多需對岩盤加以改良，當進行地質改良時，對於技術上受到的限制、改良的效果、改良所需的巨額工程費及TBM增加的閒置時間，是TBM施工中所需面對的最大問題。坪林隧道主坑採用直徑11.74公尺的全斷面雙盾式硬岩隧道鑽掘機，全長含支援系統約240公尺，總重量達2,500公噸，共有83個削刀座，2個獨立推進系統與開挖方式。地質條件較佳時，可以撐座側撐於岩盤以提供所需的反作用力，同時進行開挖與環片組裝作業，如在地質較差時則採用單盾式作業，利用盾尾輔助千斤頂推頂環片以提供推力
5、進行開挖，開挖完成後再進行環片組裝作業。2.解釋名詞(1)切削轉盤(cutterhead):為一可轉動的整體鋼製轉盤，位於主機的最前端，前面裝設數十個削刀以供擠壓並刮裂岩盤。削刀(cutterdisk):為直徑數十公分的鎢碳鋼環型圓盤，裝於切削頭盤面上與開挖面直接接觸，其數量與配置型態視岩石特性而設計。切削頭旋轉後削刀的相鄰痕跡約在8至10公分，通常配置在外環的削刀需要突出切削頭轉盤的外緣，以便開挖後的斷面比切削頭略大，使盾殼不致與岩面直接接觸，減少摩擦阻力。削刀為實際切割岩石的利器，使岩石發生剪力破壞而剝落。削刀為磨耗品，需要經常卸換，但於鑲鋼後可再使用，其碳鋼含量視岩石的硬度而定。(3)
6、軌道裝置：供TBM掘削出土石運送至隧道外之設施，包括動力車、運碴台車、軌道及附屬配件。軌道裝置相關危害及防止對策詳見本安全資料表軌道裝置篇。(4) 驅動系統：為旋轉切削頭的主要動力系統，如以電力驅動，須為高壓供電；也有以油壓驅動者。(5)撐座(gripper)：TBM的前進在岩盤好時須藉撐座支撐岩壁前進，以千斤頂於撐座緊壓於隧道側壁上，利用其與側壁間的磨擦力形成TBM前進的反力。反力座承壓板的面積、組數及位置視岩盤的強度而定，如為軟弱岩質，頂緊後有陷入之虞，提供的反力可能不足，需改以推進千斤頂支壓於環片上作為輔助反力座。前進千斤頂(jacking):前進千斤頂有數個，平均分配於切削轉盤的周圍後
7、方，提供對開挖面的壓力，並使切削頭前進。完成一次衝程(1.5至2公尺)後，收縮千斤頂將後盾殼向前拉進。(7) 輸送帶(conveyor):削刀剪碎的岩屑，掉落切削頭與岩盤間的縫隙，並由切削頭的刮板導入後方的漏斗，再由輸送帶後送至出碴車運出隧道外。(8) 仰拱環片:為便於開放型TBM支援系統順利通過，TBM主機部份的尾端須舖設仰拱環片及鐵軌，考慮碴車的重量及行車穩定性的要求，將仰拱環片改為較大型式，並將環片前端粘貼PE發泡圓條作為止水封。(9) 旋轉倒碴裝置:隧道外工作平台區設置一旋轉倒碴裝置，可使出碴車得以180o旋轉傾倒碴料，無需與其他碴車脫離。(10) 貫入率(公尺/小時)：TBM掘進長度
8、(公尺)/TBM切削時間(小時)。(11) 使用率(%):TBM切削時間(小時)/總工作時間(小時)*100%。(12) 掘進率(公尺/小時)：TBM掘進長度(公尺)/總工作時間(小時)，為貫入率與使用率的乘積。(13) 全環狀鋼支保：當地質狀況惡劣，在開放型TBM切削頭的盾殼後方岩盤出露時，立即施作全環狀鋼支保及鋼線網，以便即時閉合支撐，避免岩盤進一步惡化。(14) U型槽鋼：當地質狀況普通，在開放型TBM切削頭的盾殼後方岩盤出露時，立即利用岩栓將U型槽鋼及鋼線網固定於岩盤面上，可將小型岩塊鎖住，以避免誘發大型岩楔坍落。(15) 岩栓：利用TBM後端之鉆機鉆孔後裝設岩栓，以提高圍岩之支撐效果
9、，一般多採機械岩栓，使安裝簡易且可立即發揮支撐功能，除了可固定U型槽鋼外，亦具有頂拱岩栓支撐功能。噴凝土：乾式噴凝土施噴時會發生粉塵及反彈料，所以施噴位置須距開放型TBM主機較遠處。另於仰拱環片兩側加噴1公尺寬5公分厚的噴凝土，以避免隧道側壁的滲水及排水溝的廢水滲入仰拱環片底部，造成仰拱岩盤軟化，甚至造成碴車出軌的問題。1. 危害潛在危害、災害類型、災害防止對策：本施工法之潛在危害有：(1)開挖面崩塌、倒塌與落磐，(2)墜落或滾落，(3)爆炸、火災，(4)感電，(5)被撞、被夾、被捲，(6)其他隧道災害。(1) 物體崩塌、倒塌與落磐：造成TBM隧道之物體崩塌、倒塌與落磐主要成因包括：於TBM機
10、具組裝時因鋼材組立不確實，或因移動中因滑軌不正常而致倒塌；於TBM削掘時因出土太快、急劇擾動鬆軟岩盤，造成滑動崩塌，或因地質不穩定、大量湧水後崩塌，或因支撐失敗造成崩塌；於出碴時因裝碴或卸碴之吊架因結構失敗倒塌，或因輸送帶或架因負載或鏽蝕、老化斷落而致倒蹋；於環片組裝、背填粒料時因豪雨發生，沿地質破碎帶節理滲入大量雨水或地下水，土壓增加形成落盤，或因環片失敗，壓力過大形成落盤。A. 於TBM組裝時建議加強檢核設計、場地整理、品管作業及作業管理。B. 於TBM削掘時並進行斷面之監測，以降低開挖面之崩塌、倒塌與落磐。C. 於TBM削掘、出碴及環片組裝、背填粒料時時應依據不同地質狀況採取應變方式，並
11、加強各類保護措施與加強支撐應力與環片材質之校核、加強品管檢查與維修工作。D. 除了儘速做背填灌漿外，亦應持續進行觀測，尤其於暴雨或持久降雨期間及過後應增加水位及應變計的監測頻率，及早採取防災措施。(2) 墜落或滾落：造成TBM隧道之墜落或滾落主要成因包括：於TBM機具組裝時因工作架及支撐缺陷或不良，或因工作人員作業位置、方法不當致摔倒滾落，或工具、材料掉落而致倒蹋；於出碴時因人員任意搭乘出碴車上，轉彎或煞車時易墜落，或因運輸路線路況不良、車身顛頗，乘員甩出，或因軌道維護不良、碴車出軌，乘員受傷；於環片組裝、背填粒料時因吊車架及支撐缺陷或不良，或因工作人員作業位置、方法不當致摔倒滾落，或因作業疏
12、失而致工具、材料掉落或人員墜落。防止對策：A. 於TBM組裝時建議加強安全防護措施(如設置護欄)，並要求施工人員佩戴安全帶、限制非工作人員進入工作範圍；並應定期實施安全講習以加強安全宣導。B. 於TBM出碴階段應加強教育訓練及宣導、加強道路維護、豎立警告牌限制車速與加強路軌維修。於環片組裝、背填粒料時應期實施安全講習以加強安全宣導。(3) 爆炸、火災：造成TBM隧道之爆炸與火災之意外事件之可能成因包括：於TBM削掘時因斯突出並遇火源，引起火災或爆炸，或因電氣火花引燃易燃物，或因油氣過多且通風不良引起爆炸，或因有害物攜入因火爆炸，或因氧氣、乙炔未放妥而致爆炸或火災。A. 於施工階段應加強環境偵測
13、、及早預警，並自動檢查及環境整潔，加強通風、增進消防及緊急應變能力，加強攜入物管制，落實自動檢查作業。B. 香煙、火柴、打火機、及呼叫器(B.B.CALL)等禁止攜入TBM前方。C. 隧道內應建立動火許可制度在使用氣体切割、電焊等作業必須先經檢測確認無虞後方可作業。D. 施工時因摩擦、打擊產生之火花必須避免，必要時可採局部集中送風措施來稀釋或吹散可燃氣體。E. 隧道內之機具、設備、及施工人員的工作服需採用不會產生靜電之材料製成，防止因靜電而產生火花，工作人員應定時將兩手觸碰開挖岩面以消除靜電。F. 進入隧道內需做好人員管制，非施工人員禁止入內，並於洞口設置管制哨及警示標誌。感電：TBM施工時可
14、能發生感電之原因包括：於TBM機具組裝時因非電氣人員任意接電，施工不慎，挖或鑽破電線漏電，線路為尖銳物件割破，地面積水導電，或因電氣設備或工具未設漏電斷；於坑內排水不良而致感電，開炸或機具碰撞使帶電導體裸露而感電，用電機具設備故障漏電，供電系統未設置適當的防護而致人員感電。於TBM削掘時與背填灌漿時因非電氣人員任意接電或修理用電設備、機具，修理電氣設施前未斷電或掛警示牌，未著用電氣安全裝備或裝備有瑕疵，線路為尖銳物件割破，地面積水導電，或因電氣設備或工具未設漏電斷路器或接地線而致感電；防止對策：A. 隧道內所使用之供電系統應設置漏電斷路器，並定時檢查所使用之電力設備，如有故障或破損應立即檢修。
15、B. 電力機具與設備周邊應設置護圍及明顯之警告標誌。並應加強教育訓練、作業前檢查、作業管理、場地整理與排水等工作。(5) 被撞、被夾、被捲：造成TBM隧道作業之被撞、被夾、被捲主要成因包括：機具操作不當或錯誤，作業程序不當，作業人員精神恍惚而致被夾與被捲，坑內照明不良，隧道施工機具保養不良等。防止對策：隧道內之作業循環應依據相關安全作業標準、規定執行，並透過教育訓練提高作業人員之安全意識。(6) 其他隧道災害：此類型隧道災害包括高溫、噪音等。防止對策：採取通風措施，並依法令規定給予休息並供應攝氏15度之飲水及食鹽；另提供勞工使用噪音防護具。2. 相關作業環境之危害：全斷面隧道鑽掘施工作業環境之
16、危害有：(1)與有害物接觸，(2)異常湧水。於此敘明其內容如下：(1) 與有害物接觸：隧道內有害物因含碳化地盤開挖而溢出瓦斯，噴凝土與開炸作業所產生之有害氣體，開挖之土質、岩石屬還原性成分，致吸收氧氣造成缺氧空氣，與防水膜施工所產生之有害氣體。防止對策：隧道內應依據相關規定定期檢測坑內空氣含量，並加強坑內通風設備。(2) 異常出水：山區之降水或地下水位高，經由地層裂隙、斷層破碎帶等之開挖，均可能造成異常出水，或引致開挖面之崩蹋、落盤、水量過大，而致機具異常沈降，及人員逃避不及，而造成溺水之災害。防止對策：A. 加強地質研判並及早預警採取對策(如改變施工法或灌漿等)。B. 加強支撐應力與環片材質校核、加強品管。並依計畫安裝充足之抽水機。如異常出水超出預期，依預擬計畫撤退。作業程序(流程圖詳圖1)嚴密週詳的安全措施是防止意外事故發生的最有效方法，工程進
