臺灣博碩士論文加值系統

台灣地區近年來，隨著大型公共工程的推動，無可避免的將深入山區，使得隧道工程的重要性日益突顯，新闢隧道的長度與斷面均陸續創新紀錄。因此工程技術的需求亦日益提高，豎井工程逐漸成為要徑之一，已成為長隧道工程之重要課題。
北宜高速公路為台北通往宜蘭之東西向高速公路，全長約31公里。坪林隧道為北宜高速公路隧道群中最長的隧道，長度約12.9公里，因位於雪山山脈，須經穿過輕度變質之沉積岩層，且岩層受板塊衝擊影響，形成多處褶皺並為多條斷層切割，致隧道沿線地質變化相當複雜。
坪林隧道全線設有三組通風豎井，約等距落於導坑上方，豎井之內徑除二號通風豎井為6.5公尺外，其餘均為6公尺，深度250公尺至500公尺，每組之進氣井與排氣井相距50公尺。
三組通風豎井因井底導坑進度之影響，致施工條件不同，且因井體本身岩體良寙等因素，各組通風豎井開挖之施工方法各有不同。一號通風豎井位於鶯子瀨向斜南翼所形成之單斜構造上，且導坑西口開挖已通過井底，正採昇井沉挖混合工法開挖。二號通風豎井位於倒吊子向斜構造之北翼，採傳統沉挖工法開挖，因岩盤較緻密透水性低，已於89年初開挖完成。三號通風豎井位於始新世之四稜砂岩區，採傳統沉挖工法開挖。
三號通風豎井井體位址岩盤為四稜砂岩層，岩體破碎，地下水豐沛，須經灌漿處理，才能繼續施工。排氣井採短階L.W.灌漿方式處理後，再以沉挖工法開挖，已於90年8月開挖完成，進氣井自EL.377m以下則採深孔皂土水泥灌漿方式處理後，再以沉挖工法開挖，已於91年9月開挖完成。
本研究以北宜高速公路坪林隧道三號通風豎井為實例，剖析以短階L.W.灌漿方式處理之排氣井，與以深孔皂土水泥灌漿方式處理之進氣井，二者經灌漿處理後之成效；並進一步分析二者經灌漿後對開挖所產生工率差異之比較，冀能對未來於豎井施工時對滲水處理於規劃上提供一些思維方向。

In recent years, it is inevitable for the engineering works to reach their sites to mountain region, as a number of big projects of public works in Taiwan are being impelled, such that the importance of tunnel engineering becomes pronounced from day to day, and new records of tunnel length and diameter are created. Therefore, under the demands for high quality of engineering technique as day by day shaft engineering works are getting as one of major key which is the important subject of a long tunnel.
Taipei-Ilan Expressway is a 31km east-west alignment in length to connect Taipei and Ilan with a group of tunnels among which Pinglin Tunnel is the longest tunnel 12.9km in length. Due to collision effects of plate tectonics, slightly metamorphic sedimentary rock formations of the Hsuehshen Range were folded and faulted seriously to become several fold belts and fault structures across the alignment. Therefore, geology along the tunnel alignment is rather complicated.
There are three sets of vertical ventilation shaft located at about the same interval on the Pilot Tunnel of the Pinglin Tunnel. Diameters of the shafts, excepting the shaft N0.2 with 6.5m in diameter, are all 6m. The depths of them are ranged from 250m to 500m. Each set is composed of one for fresh-air and one for exhausted-air at 50m apart.
Construction methods of the shafts are quite different from one another under the effects of various advances of the pilot tunneling through the shaft bottom beneath the tunnel crown level, and on variation of construction conditions and based on rock formations of the shafts whether competent or not to be suitable for construction stability. For Shaft NO.1 is located in a monocline of the south limb of the Yingtzulai Syncline, and the Pilot Tunnel advances far beyond the shaft base, a mixing construction methord by raise boring alternating with down reaming of pilot hole is adopted. Shaft NO.2 is located in the north limb of the Taotiaotzu Syncline. The shaft excavation by classical down sink method has been accomplished in early 2000, for the rock masses are competent and with low permealility. The Shaft No.3 is sited in sandstone formation of the Szelong Formation in Eocene. The shaft excavation by classical methord is adopted.
Rock formation of the shaft No.3 is Szelong Sandstone in which rock masses are fractured and high permeable with large amount of groundwater. Under these conditions, grouting treatment has to be routinly performed to keep excavation continue. After grouting treatment with L.W. in short stage in the exhausted-air shaft is completely performed, and down sink excavation then follows. The excavation process has been accomplished in August, 2001. Below elevation 377m of the fresh-air shaft after grouting treatment with B.C. in long stage is done, excavation by down sink nethod follows and accomplishes in September, 2001.
This study paper concerning permeability treatment methods in the Shaft No.3 of the Pinglin Tunnel in Taipei-Ilan Express way is taken for example to elucidate geology characteristics and treatment processes. Detail analyses of the effects of both grouting treatment methords are offered for the exhausted-air shaft with shore-stage L.W. grouting and the fresh-air shaft with long-stage B.C. grouting, respectively. In addition, a comparison of the comtrast on excavation rates between both fore-mentioned methods is done for the purpose to offer some ideas on permeability treatment during construction in future design stage.

目 錄
內容 頁碼
中文摘要 ...........................................I
英文摘要 ...........................................III
目錄 ...............................................V
表目錄 .............................................IX
圖目錄 .............................................XI
照片目錄 ...........................................XIII
符號說明 ...........................................XIV
第一章 緒論......................................... 1
1.1 前言.............................................1
1.2 研究動機與目的...................................2
1.3研究方法及步驟....................................3
1.4 論文內容.........................................4
第二章 文獻回顧.....................................6
2.1 概述.............................................6
2.2 北迴鐵路觀音隧道.................................6
2.3日本青函海底隧道..................................7
2.4北宜高速公路坪林隧道..............................9
2.5南迴鐵路中央隧道西豎坑...........................10
2.6南迴鐵路安朔隧道東豎坑...........................12
2.7中國大陸井筒滲水處理.............................12
第三章 湧水及滲水問題之處理........................15
3.1 湧水及滲水問題之處理原則........................15
3.2 湧水及滲水處理方法─排水工法(降低水位法)........16
3.2.1 排水廊道工法..................................17
3.2.2 排水孔工法....................................17
3.2.3 深井工法......................................17
3.2.4 點井工法......................................17
3.3 湧水及滲水處理方法─止水及固結灌漿工法..........18
3.3.1 灌漿工法......................................18
3.3.2 壓氣工法......................................19
3.3.3 冰凍工法......................................19
3.4湧水及滲水處理方法─排水及灌漿並行法.............20
3.5 灌漿施工作業之規劃..............................20
3.5.1 灌漿目的......................................22
3.5.2 地層特性......................................22
3.5.3 灌漿材料......................................22
3.5.4 灌漿量之決定..................................29
第四章 坪林隧道豎井施工.............................35
4.1 坪林隧道工程....................................35
4.2 沿線地質狀況及特性..............................41
4.2.1 地層分佈......................................43
4.2.2 斷層分佈......................................44
4.3 坪林隧道通風豎井................................47
4.3.1 概述..........................................47
4.3.2 三組豎井地質情況..............................47
4.3.3 豎井施工方法..................................53
4.3.4 特殊水文地質-四稜砂岩地層.....................57
4.4 滲水處理方式─短階L.W.灌漿處理方式..............60
4.4.1 灌漿處理原則..................................60
4.4.2 灌漿範圍及配孔................................60
4.4.3 灌漿材料選擇..................................60
4.4.4 施工方法......................................63
4.5 滲水處理方式─深孔皂土水泥灌漿處理方式..........64
4.5.1 皂土水泥灌漿工法之特性........................64
4.5.2 灌漿範圍及佈孔................................65
4.5.3 施工程序......................................65
第五章 滲水處理方式之結果與討論.....................72
5.1 概述............................................72
5.2 三號通風豎井滲水處理方式........................72
5.3 三號通風豎井灌漿後結果討論......................73
5.3.1 短階L.W.處理方式..............................73
5.3.2 深孔皂土水泥處理方式..........................77
5.4灌漿後之開挖工率分析.............................82
5.4.1 數據整理......................................82
5.4.2 月進度分析....................................82
5.4.3 相同深度之作業循環時間分析....................86
第六章 結論與建議...................................93
6.1 結論............................................93
6.2 建議............................................94
參考文獻............................................96
附錄一
排氣井每輪施工循環時間表............................A-1
進氣井每輪施工循環時間表............................A-5
附錄二
排氣井每輪施工循環延滯時間表........................A-9
進氣井每輪施工循環延滯時間表........................A-13
附錄三
排氣井施工照片......................................A-17
進氣井施工照片......................................A-19
表 目 錄
表次 說 明 頁碼
3.1 地下湧水對策工法..............................16
3.2 適用之灌注漿材................................18
3.3 灌漿材料分類..................................24
3.4 灌漿材料之適用限界............................25
3.5 灌漿材料之滲透限界............................27
3.6 灌漿材料之適用條件............................28
4.1 坪林隧道通風豎井..............................49
4.2 豎井工程施工方法比較表(水平隧道未至井底)......55
4.3 豎井工程施工方法比較表(水平隧道通過井底)......56
4.4 L.W.配比表....................................61
4.5 水泥漿配比表..................................61
4.6 各階段之深度及灌漿壓力表......................63
4.7 每m3漿液之配比表..............................66
4.8 各階處理範圍及壓力表..........................68
5.1 三號通風豎井進氣井灌漿前動態水文調查資料表....79
5.2 三號通風豎井進氣井灌漿後動態水文調查資料表....79
5.3 三號通風豎井月進度表..........................84
5.4 三號通風豎井排氣井各工作項目時間統計表
(短階L.W.灌漿方式)............................89
5.5 三號通風豎井進氣井各工作項目時間統計表
(深孔皂土水泥灌漿方式)........................90
5.6 三號通風豎井排氣井延滯時間統計表(短階L.W.灌漿).91
5.7 三號通風豎井進氣井延滯時間統計表(深孔皂土水泥灌漿).91
圖 目 錄
圖次 說 明 頁碼
3.1 灌漿施工計劃流程圖.............................21
4.1 北宜高速公路路線圖.............................37
4.2 坪林隧道通風系統配置圖.........................38
4.3 北宜高速公路坪林隧道透視圖.....................39
4.4 坪林隧道及導坑關係位置圖.......................40
4.5 台灣板塊構造及陸弧碰撞立體示意圖...............41
4.6 北宜高速公路坪林隧道地質圖.....................42
4.7 一號豎通風井地質剖面圖.........................50
4.8 二號通風豎井地質剖面圖.........................51
4.9 三號通風豎井地質剖面圖.........................52
4.10 格子狀半封閉水層式意圖.........................59
4.11 配孔平面及縱剖面示意圖(短階L.W.灌漿方式).......62
4.12 配孔平面及縱剖面示意圖(深孔皂土水泥灌漿方式)...69
4.13 皂土水泥漿配比試驗流程圖.......................70
4.14 深孔皂土水泥灌漿程序流程圖.....................71
5.1 三號通風豎井排氣井灌漿量與滲水量關係圖.........75
5.2 三號通風豎井進氣井灌漿量與滲水量關係圖.........76
5.3 三號通風豎井進氣井斷面示意圖...................80
5.4 三號通風豎井進氣井灌漿後深度與滲透係數關係圖...81
5.5 三號通風豎井(排氣井)月進度統計圖[短階L.W.灌漿].85
5.6 三號通風豎井(進氣井)月進度統計圖[深孔皂土水泥灌漿].85
5.7 三號通風豎井排氣井各作業時間百分比統計圖
[第134環~第262環(短階L.W.灌漿)]................92
5.8 三號通風豎井進氣井各作業時間百分比統計圖
[第125環~第257環(深孔皂土水泥灌漿)]............92
照 片 目 錄
照片 說 明 頁碼
1 排氣井短階L.W.灌漿－鑽孔作業...................A-17
2 排氣井短階L.W.灌漿－水泥及水玻璃攪拌作業.......A-17
3 排氣井短階L.W.灌漿－灌漿作業...................A-18
4 排氣井短階L.W.灌漿－灌漿作業...................A-18
5 進氣井深孔皂土水泥灌漿－深層導管按裝作業.......A-19
6 進氣井深孔皂土水泥灌漿－淺層導管按裝作業.......A-19
7 進氣井深孔皂土水泥灌漿－皂土預拌作業...........A-20
8 進氣井深孔皂土水泥灌漿－水泥預拌作業...........A-20
9 進氣井深孔皂土水泥灌漿－鑽孔作業...............A-21
10 進氣井深孔皂土水泥灌漿－鑽孔作業...............A-21
11 進氣井深孔皂土水泥灌漿－動態水文調查...........A-22
12 進氣井深孔皂土水泥灌漿－灌漿作業...............A-22

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13.蘇恩，「化學灌漿材料」，榮民工程事業管理處，灌漿技術研討會專輯(1987)。
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15.程鑒基，「也談水泥類化學灌漿加固隧道基底軟土的技術問題」，中國土木工程學會隧道及地下工程學會第八屆年會論文集，洛陽，第538∼543頁 (1994)。
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21.國道新建工程局，「國道北宜高速公路工程基本設計階段坪林-頭城段地質調查工作期末報告」，台北，第十一章 (1991)。
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23. 國道新建工程局，「國道北宜高速公路細部階段補充地質調查工作期末報告」，第一冊，台北，第五章 (1992)。
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25.國道新建工程局，「國道北宜高速公路計畫坪林隧道湧水問題評估調查服務工作第二年度成果報告」，台北，第四章 (1999)。
26.交通部台灣區國道新建工程局，「北宜高速公路第四標工程(坪林頭城段)三號豎井進氣井EL.401.2隔幕灌漿」，施工計畫(1999)。
27.榮民工程股份公司，「北宜高速公路坪林隧道三號豎井進氣井固結及止水灌漿-皂土水泥漿配比說明」，(2000)。
28.交通部台灣區國道新建工程局，「北宜高速公路第四標工程(坪林頭城段)三號豎井進氣井EL.377.4以下全程止水隔幕預灌處理」，施工計畫(2000)。
29.中興工程公司，「北宜高速公路第四標工程三號通風豎井皂土水泥灌漿簡介資料」，(2000)。
30.曾大仁、張龍均、謝錦河，「第三屆海峽兩岸隧道與第下水工程學術與技術研討會」論文集，(2003)[審議中未發表]。
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