我国公路隧道改扩建技术发展现状及研究展望

通过分析近20年来国内隧道改扩建的发展历程，梳理增建隧道、原位扩建隧道、组合扩建隧道及改建隧道等不同型式的案例，归纳隧道改扩建型式、施工工法、施工力学响应、支护参数设计与优化、安全控制等研究热点的进展，并指出存在的不足。具体如下： 1）在改扩建型式研究上，不同工程的选型指标差异大，缺乏指导性标准； 2）在施工工法研究上，设计多偏于保守，如何利用既有隧道衬砌并实现高效施工，亟待系统研究； 3）在施工力学响应及支护参数的研究上，不同工程的现场监测、解析求解、数值模拟结果存在较大差异，且缺乏对复杂动态加卸载条件下围岩变形、应力及塑性区演变规律的研究，需结合更多的工程实践总结出特点及规律，并建立支护参数优化分析体系； 4）在施工安全控制研究上，主要从减轻爆破振动、优化支护布置、软弱围岩局部加固及施工辅助措施方面考虑，并制定风险源评价的定量指标体系。最后，展望隧道改扩建工程标准化设计、信息化管理、绿色施工及快速建造的发展方向。     

隧道维修补强技术与案例探讨

一般土木结构之维修补强技术已有丰硕成果,惟因隧道埋置于地下,结构具高度静不定特性,衬砌异状种类甚多,程度不一,肇因的诊断十分复杂,衬砌受力的型式、大小与变异难以完全掌控,一般土木结构之维修补强技术常无法直接运用。面对亟待维修补强或加固作业的隧道比例持续升高,实有必要针对隧道维修补强技术进行深入探讨。本文首先阐述隧道维护管理观念,接着探讨隧道维修补强之考量因素与设计流程,其次搜集汇整欧美及日本隧道维修补强之工法与技术,并按异状产生之现象及原因分为衬砌劣化或剥落、渗漏水、外力变化等3大类说明其可供选择之对策工法,最后以台湾数个实际案例研析各项工法与技术之适用性,以提供未来类似隧道维护工程之参考。     

岩石隧道受震反应之工程影响因子研究

地震发生频繁区域之岩石隧道受震破坏案例已发生多起,其相关研究课题已日渐受重视,惟土层隧道耐震设计已有规范遵循,岩石隧道者者尚缺乏深入探讨。研究采经岩石隧道震后破坏案例及解析解等验证正确性之动态数值分析模式,探讨岩石隧道受震工程影响因子,包括衬砌刚度、衬砌与岩盘互制、围岩加劲及围岩弱化等。由分析结果知,衬砌劲度越大,震波引致最大应力增量正规化值愈大,即震波引致应力增量值愈大,因此隧道衬砌耐震设计不能全以提高劲度为主要方法;隧道衬砌与岩盘互制作用研究结果显示,采用匀滑开挖、防水膜及衬砌与岩盘填补增加滑动性材料等,可减少衬砌受震引致轴向应力增量,达到减震效果;岩石隧道混凝土衬砌外侧之再加厚衬砌与辅助工法等加劲措施,经采用等值劲度模拟分析结果显示,采用如一次支撑及辅助工法提高围岩劲度,将增加衬砌轴向应力,但减少剪应力及挠曲应力;加大加劲范围可减少衬砌轴向应力,但将增加剪应力及挠曲应力;开挖引致的松动区减少围岩劲度,将减少衬砌轴向应力,但增加剪应力及挠曲应力。     

超浅覆盖隧道穿越煤坑段抽坍处理技术

随着环境保育、水土保持观念的提升以及减少对自然条件改变的理念,安全、节能、环保的隧道施工技术,已逐渐落实在隧道设计及施工实务上。以往浅覆盖隧道多以露天明挖,或辅以混凝土盖板保护顶拱再填土覆盖之施工方式,皆为需要大量开挖的施工方法。在减少开挖之因素考量下,舍传统明挖或混凝土覆盖板方式,以先进支撑稳定顶拱之工法,是最常被采用的开挖方式之一。本文探讨台湾北部某开挖中之双孔公路隧道,地形上通过一处长100 m山谷地区,其上方覆土仅20 cm～2 m,同时下方为煤碴堆积及废弃煤坑分布等不利隧道施工之因子。基于节能环保及水土保持因素考量,采用管幂工法通过。由于本案例地质材料除表土、风化岩盘及昔日矿碴外,多雨的气候,使得地表水常年汇流于山谷内,造成隧道开挖遭遇极大的困难,但经数次之抽坍应变处理后,勉为通过,其处理经验与心得,可供后续类似案例之参考。     

小净距隧道施工与优化

乌鲁木齐外环改建扩容工程新建蜘蛛山隧道与既有蜘蛛山隧道为平行小净距隧道,新建隧道施工不仅应考虑自身隧道安全,而且须考虑施工对既有隧道安全运营的影响。基于隧道施工揭示的围岩情况,依据试验段施工情况和相关监测数据,将原隧道设计施工工法CD法优化调整为台阶法;场地内隧道出洞口地势较陡,原隧道设计的出洞洞口段超前大管棚施工难度大,将超前支护优化调整为洞内超前注浆小导管。蜘蛛山隧道施工工法和超前支护的优化调整安全合理可行,同时提高施工效率,缩短了工期。     

复杂条件下城市隧道改建设计

以沈家门海中洲隧道为例,通过对隧道改建方案进行详细比选,在结构设计、原隧道塌方地段处理方案、开挖方案及监控量测中采取相应的技术措施,顺利完成隧道改建。得出以下结论： 1）针对海中洲隧道实际情况,改建方案采用扩洞方案更具优势; 2）设计采用比一般隧道适当加强的结构支护参数及地表注浆锚杆加固、塌腔处理、塌腔回填等塌方综合整治措施,对条件复杂的海中洲隧道是适用的; 3）对于扩挖的隧道,应在老衬砌的掩护下进行开挖及支护,保持初期支护紧跟,并尽快实现封闭成环,施工中应加强监测,保证施工安全。     

隧道衬砌混凝土钢筋量之探讨

山岳隧道采用新奥工法(NATM)设计时,部分专家认为衬砌通常于围岩收敛稳定后施工,因此不需考虑稳定上之功能,可采无筋方式设计.而台湾地区目前之设计,通常认定衬砌会承受部分岩压及水压.在诸多设计案例中,设计岩压约为一次支撑设计载重之25%～40%.不排水隧道在较高岩覆且高地下水位之情况下,通常将静水压折减后设计.理论上,衬砌之内力以轴压力为主,采用无筋或有筋之混凝土设计,皆能提供相当余裕之安全系数,但无筋混凝土容易造成混凝土龟裂而无预警掉落,因而衬砌配置钢筋有其必要性.参考台湾地区诸多设计案例及混凝土设计规范,探讨衬砌之设计及钢筋量应用等课题.     

留核心土环形开挖工法在隧道设计施工中的应用

以京广线信陈段改造工程中隧道的建设经验为基础,从应用条件、设计方法和施工步骤等方面说明选用留核心土环形开挖工法在大断面隧道Ⅴ级围岩地段施工的可行性.与双侧壁导坑法或CRD工法相比较,留核心土环形开挖工法在工程投资、施工进度和施工工序转换等方面均有较大的优越性,可为今后同类工程的设计和施工提供借鉴.     

回弄山隧道灾害性涌水突泥的原因分析与对策研究

以回弄山隧道施工过程中所遭遇的灾害性涌水突泥为例,分析研究了其形成原因和施工对策,得出了如下主要结论与建议:隧道施工中应综合多种地质手段以提高超前地质预报的准确性;涌水突泥有三种应对方案,即使对于同一隧道,也应根据地层条件、水量和水压、补给条件等因素合理选用;富水断层带及其影响带的施工应适当扩挖,并加强径向排水,或采用超前小导坑工法,二次衬砌宜紧跟。     

新建地铁车站长距离下穿既有公路隧道工法比选研究

北京地铁15号线奥林匹克公园站零距离平行下穿既有大屯路隧道工程穿越长度达到205．5m,如此长距离的穿越工程在国内尚属首次。为保证施工过程中大屯路隧道的运营安全,采用数值分析方法对洞桩法、盖挖逆作四导洞法及盖挖逆作三导洞法施工引起的既有隧道沉降进行分析,结果表明盖挖逆作三导洞工法对车站施工引起的既有隧道沉降的控制效果最好。综合考虑3种工法的沉降控制效果、施工特点、安全性、工期及造价等因素,明确了盖挖逆作四导洞法为最优施工工法。     

卵砾石层潜盾隧道变形抑制措施及施工与监测回馈——以机场捷运CU02A标工程为例

台湾目前机场捷运、台电输配电地下管道、科学园区地下污水管道等多项工程采用卵砾石层潜盾隧道,惟既有文献显示,土层潜盾隧道钻掘引致地盘行为已多所研究,台北捷运已发展隧道钻掘引致地表沉陷槽预估公式,而卵砾石层潜盾隧道之相关研究较少。基于卵砾石层潜盾隧道在建工程及未来应用日渐增多,显示其研究之重要性。以机场捷运计画桃园国际机场路段CU02A标工程为例,以其潜盾隧道遭遇卵砾石层及已穿越路段之防护及变形抑制措施,包含一般路段之背填灌浆及预铸环片,以及高风险区段(如穿越滑行道等)之机上灌浆、加强背填灌浆、二次灌浆及预铸环片等,藉由施工一般监测及自动化监测结果,分别探讨一般及高风险区段隧道钻掘对地盘变形行为影响,并经由其结果之交叉比对,探讨变形抑制措施效果,以期回馈潜盾设计施工参考。最后,亦藉由既有施工与监测资料,尝试印证设计阶段之设计考量,阐述设计理念与施工实务之结合与回馈。     

ADECO-RS工法在隧道洞口浅覆段施工的应用与对策

近年来,随着环境保育观念的提升,减少地表开挖的理念,已逐渐落实在隧道设计及施工实务上。以往,隧道洞口浅覆段采用明挖法,已逐渐被暗挖法直接穿越所取代。即使在地质、地形或环境条件上不尽理想之区段,基于整体路线考量,亦有非采用不可之情形。本文以台湾北部正施工中的双线双车道公路隧道为例,探讨ADECO-RS工法在隧道洞口浅覆进洞的应用与对策。由于该案例位处山凹处,属谷部地形,不仅覆盖极薄,开挖过程中更遭遇到废煤矿碴与多雨的气候,使得降雨所汇集的地表水,不断入渗至隧道内,开挖面自立性极差。几乎非原设计之NATM工法足以因应。但经采取ADECO-RS工法之管幂加劲、土心加固及拱盖培厚等超前约束与加固理念后,勉为通过,其处理经验与心得,希供后续类似案例之参考。     

潜盾隧道近接既有桥墩之施工监测与分析成果

探讨潜盾施工对既有桥墩之影响性及评估桥墩保护工法之成效,系都会区推动地下捷运及电缆洞道等隧道工程安全分析之重要课题。为此,以二维有限元素软件PLAXIS为数值分析工具,幷以高雄某地区之潜盾隧道环片外缘与沿线既有桥墩净距1.4～3.0 m且为复合地盘之工程实例,进行一系列分析且与监测资料相互比对。在桥墩之保护工法方面,该工程配合工址之施工特性采用微型桩于不同施作位置、间距等情形下之既有桥墩保护措施。综合数值分析与监测资料比对结果显示两者之变形趋势相似。数值分析成果亦显示潜盾隧道施工过程对于微型桩壁体、桥墩或基桩之变形,土壤漏失率之影响显著高于微型桩间距、角度及位置等因素,综合本工程实例之相关成果应可供未来类似工程之参考。     

统包制度执行成效探讨——以台电地下电缆隧道高港二标为例

统包制度为结合设计与施工之发包方式,在台湾已逐渐被工程界采用,透过统包模式可有效整合设计与施工人才,减少界面协调的冗长程序,并可提早展开施工作业,缩短完工期程,是对业主、承包商均相当有利的制度。以台湾电力公司"高港-五甲-高雄345kV地下电缆线路凤林路段潜盾隧道统包工程(高港二标)"为例,探讨统包制度之执行成效,履约过程中为确保施工安全与达成业主要求,统包团队展现出设计与施工缜密完整的结合,除透过价值工程减省工程费及提升功能性外,统包团队依其施工能力、经验及技术,设计兼具安全性、施工性及经济性之作业方式,采用纤维筋(FRP)可切削工法顺利完成潜盾发进作业、利用钢环推进工法完成联络横坑施工、设计可挠伸缩接头衔接电缆隧道与分歧井有效解决应力集中及差异沉陷问题等施工困难案例。     

隧道铣挖法施工技术

对采用铣挖机进行隧道掘进施工的适用条件、设备配套、施工工艺及有关技术措施进行详细论述,并结合武广客运专线几座不同地质条件的大断面隧道采用铣挖法施工的实际情况,对隧道铣挖法的施工工艺、工效、围岩变形控制、存在问题、注意事项及改进措施等进行分析探讨,认为铣挖法在隧道不允许爆破、围岩强度适中、节理裂隙发育、变形控制严格的条件下,不失为一种经济有效的方法,对提高我国隧道的施工机械化水平作用较大。     

地下掘进之地盘——机械互制与可挖指标研探

地下机械式之掘削效率乃为进度、成本及品控之关键要因,一般工程思考皆多考虑工法与机型对应各类不同地层之"可挖性"作探讨,即针对地质材料选择适应之切削面盘,鲜能再对地盘——机械开挖互制行为作一"适确性"研析,而本研究先由微观之量纲分析及力学尺度探讨并建立指标,运用至巨观推力、扭矩之施工良窳、可挖性及正常施作或异况破坏之分析。机械式掘削接触地质与产生之互制行为相异性极大,故由地质破坏特征作为切削地盘材料之分类,藉此提供该广义式之探讨方针;其次在施工判准所建立之可挖指标上,使用量纲分析方法进行具代表力学行为之因子解析,作为建置指标的依据;再者,应用现场调查以资搜机械式开挖所量测的推进力系数值,进而佐证其适确性,最终完整研析机械式掘削开挖之行为与可挖性指标之应用。     

超浅覆隧道遭遇废煤坑管幂施工补强技术

近年来,随着环境保育观念的提升,"减少地表开挖"的理念已逐渐落实在隧道设计及施工实务上。以往,隧道穿越浅覆盖段采明挖法(开膛剖肚)的方式,已逐渐被暗挖法(直接穿越)所取代;因此,管幂先撑浅埋暗挖设计,在未来一段期间内,即使是在一些地质不尽理想的超浅埋段将不断被尝试。以台湾北部某执行中的双孔公路隧道为例,探讨超浅覆隧道遭遇废煤坑采管幂施工之补强技术。由于案例穿越一旧崩塌地形成之谷地地形下方,不仅覆盖极薄,遭遇的废煤矿碴自立性极差,几乎非原设计之管幂工法足以因应;但经紧急采取双层管幂、钢管加劲及拱盖培厚等管幂补强技术后,勉为通过,其处理经验与心得,希供后续类似案例之参考。