臺灣博碩士論文加值系統

鑑於世界各國對於開挖隧道，已朝大斷面、大型化之機具發展，
而全斷面隧道鑽掘機(TBM)具有快速、擾動小及連續作業之優點，廣為各國所使用。國內為提升隧道之施工技術，分別在宜蘭「坪林隧道」與苗栗南部境內「鯉魚潭水庫士林水力發電工程之頭水隧道」，均採用TBM工法開挖。迄今，坪林隧道仍在處理不良地質段，而士林電廠頭水隧道TBM已功成身退。
本研究將以工程地質的角度，分別藉由TBM鑽掘進度的量化結果，來探討上述兩隧道工程地質與TBM實績之關連性，進一步了解TBM工法在不同岩性下之鑽掘效率，以作為爾後國內隧道TBM施工之參考依據。此外，並舉一國外案例“蘇丹河(Suitan River)水力發電計畫─藍山隧道(Blue Mountain Tunnel)”來作一比較。
坪林隧道導坑（直徑4.8m，長度12.9km）於工程施工期間，TBM實際鑽掘時間僅佔一成左右，其餘時間多為停機處理不良地質及災變。又開挖分析結果顯示，TBM在四稜砂岩段施工期間，因其岩性較乾溝層均勻且地下水含量較少，有利於TBM連續施工。其最佳貫入率為1.79m/hr、利用率為15.36%，整體表現進度較乾溝層為佳。
國內另一例：士林水力發電工程頭水隧道（直徑4.53m，長度5.5km），依其支撐型式分類將岩盤分為A (RMR: > 77)，B (RMR: 65~77)，C (RMR: 56~65)，D (RMR: 44~56)，E (RMR: < 44)等五類，所得到之各隧道沿線地質與貫入率關係為─第B類岩盤：2.52m/hr，第C類岩盤：2.29 m/hr，第D類岩盤：2.20 m/hr，第E類岩盤：1.87 m/hr。而第B、C類岩盤利用率均達四成以上，第D、E類岩盤利用率則降至三成左右。
至於國外案例(藍山隧道)：在變質火成岩段貫入率介於3.0∼3.5m/hr，變質硬砂岩/厚層泥岩貫入率則高達4.0m/hr。另外，該工程施工管理完善，工作人員調配得宜，使得整體機具利用率高達五成。至於國內坪林隧道導坑利用率為一成一，頭水隧道利用率為四成左右，相較之下顯然偏低。故機具使用效率之提昇，仍有待國內隧道工程界共同努力。

There are many advantages of tunnel excavation with the tunnel boring machine (TBM), such as high penetration rate, lower disturbance, continuous operation, and less loosening of surrounding rocks. It’s the reason that the TBM recently is more popular over the world. Until now two tunnels were excavated by the TBM in Taiwan. One is the Pinglin Pilot (PP) tunnel with a diameter of 4.8m and a length of 12.9km, which is located at the north of Taiwan and the longest traffic tunnel in the Taipei-Ilan expressway. The other is called the Shihlin Headrace (SH) tunnel with a diameter of 4.53m and a length of 5.5km, which is the main structure of the Shihlin Hydropower Project. The PP tunnel is still working to deal with the geological hazards, and the SH tunnel has been finished in 1997.
This study presents an evaluation system to show the relationship between the TBM performance, such as penetration rate, utilization rate as well as advance rate, and the geological conditions, i.e. rock strength, geological formation, total hardness, and rock mass rating (RMR). From the collecting data during excavation of the PP and SH tunnels, it can be found that the influence of rock strength, hardness, and formulation on the TBM performance was lower than the RMR values. For the PP tunnel, the best penetration rate and machine utilization rate were about 1.79 m/hr and 15.36%, respectively. For the SH tunnel, we found that the RMR classification had greater efforts on the TBM performance. According to our supporting classification defined as Type A (RMR: > 77), B (RMR: 65~77), C (RMR: 56~65), D (RMR: 44~56), and E (RMR: < 44), the TBM penetration rates were about 2.52 m/hr, 2.29 m/hr, 2.20 m/hr, and 1.87 m/hr for Type B, C, D, and E rock masses, respectively. The machine utilization rates were all above 40% for Type B and C, and were obviously below 30% for Type D and E.

目 錄
頁次
摘要……………………………………………………………………Ⅰ
ABSTRACT………………………………………………………………Ⅲ
誌謝……………………………………………………………………Ⅴ
目錄……………………………………………………………………Ⅵ
表目錄…………………………………………………………………Ⅷ
圖目錄…………………………………………………………………Ⅸ
附錄目錄………………………………………………………………VI
第一章 緒論……………………………………………………………1
1.1研究背景與動機……………………………………………………1
1.2研究對象與目的……………………………………………………2
1.3研究方法及步驟……………………………………………………2
第二章 TBM工法概述………………………………………………… 5
2.1 TBM發展歷史………………………………………………………5
2.2 TBM機型與掘進原理………………………………………………7
2.3 TBM工法優缺點……………………………………………………14
2.4 TBM工法之影響因素………………………………………………16
第三章 TBM施工案例之基本資料…………………………………… 20
3.1 北宜高坪林隧道導坑…………………………………………… 20
3.1.1地質概況………………………………………………………22
3.1.2 TBM機型………………………………………………………26
3.1.3支撐工…………………………………………………………28
3.2 士林水力發電工程頭水隧道…………………………………… 31
3.2.1地質概況…………………………………………………… 31
3.2.2 TBM機型…………………………………………………… 36
3.2.3支撐工……………………………………………………… 39
3.3 藍山隧道(BULE MOUNTAIN TUNNEL)…………………………… 41
3.3.1地質概況…………………………………………………… 41
3.3.2 TBM機型…………………………………………………… 44
3.3.3支撐工……………………………………………………… 44
第四章 TBM工法案例分析…………………………………………… 45
4.1 案例一：北宜高坪林隧道導坑………………………………… 48
4.2 案例二：士林水力發電工程頭水隧道………………………… 54
4.3 案例三：藍山隧道……………………………………………… 63
第五章 結論與建議……………………………………………………67
5.1 結論……………………………………………………………… 67
5.2 建議……………………………………………………………… 70
附錄一………………………………………………………………… 71
附錄二………………………………………………………………… 73
參考文獻……………………………………………………………… 74

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