作者

陳堯中

摘要

近年來在政府大力推動及民間配合下，營建工程自動化已有長足進步，大地工程方面亦然。除了設計工作大都已全面電腦化外，工地監測亦採用各式電子量測儀器及設備，而施工方面之自動化技術發展與應用實例，更是比比皆是。本期「大地工程自動化」專輯收錄6篇論文，希望能對國內大地工程自動化之技術發展與推廣，有所助益。
近年來國內隧道工程之規模及數量皆相當龐大，但隧道工程真有施工困難度高、潛在危險性大、作業環境不良等特性，常面臨技術工人短缺之問題，且隧道施工作業為連續之交復、循環式作業，因此非常適合朝自動化方面發展。蔡茂生先生在「山岳隧道施工自動化」一文中，以其豐富之學識及工程經驗，詳細介紹隧道施工流程中各項作業在機具和工法方面之最新自動化技術發展現況，包括鑽炸工法之鑽孔和裝藥自動化技術，移動式掘削機和TBM之現況，出碴設備之改進，整合式隧道工作站之開發情形等，確實有許多值得國內工程界參考借鏡之處。
岩石隧道工程施工過程中所需處理之資訊相當繁多，如岩體評分、地質記錄、監測記錄、施工記錄等等，目前以報表方式處理不但費時耗力、易產生錯誤，也不易達到整合回饋分析之目的，呂守陞、陳志南及筆者在「整合性隧道工程現地資訊記錄與決策輔助系統」一文中，介紹了經過多年研發所完成的整合性隧道工程資訊系統之架構及功能，完全針對國內隧道工程界之需求而開發，相當適合國內工程界使用，若能在國內推廣並進而建立隧道工程資料庫，相信對提昇隧道工程技術必有助益。
營運中之隧道肩負重要運輸功能，若其混凝土襯砌產生裂縫及滲水等現象，通常代表隧道之安全性不足，故需定期檢查及維護。傳統之調查技術往往無法滿足效率和精度定要求。王文禮、蔡道賜及諶家瑞在「隧治混凝土襯砌檢測及其自動化發展介紹」一文中，介紹一套結合影像、熱像及淨空掃瞄的自動化檢測系統，利用載具配合360度旋轉的掃描感應器，可快速進行檢測並取得完整資料，值得在國內推廣使用。
隧道變形量測及斷面收方是確保隧道安全及提昇施工品質之依據，傳統量測方式不但費時費力，且無法及時反應隧道整體狀況。傅子仁、吳俊傑及筆者在「隧道變形量測及斷面收方之自動化技術」一文中，介紹一套國外近年來所研發之隧道三維變形光學量測技術，此技術在量測方式及資料應用方面皆有許多突破創新之處，目前在東改局新觀音隧道正進行測試使用，歡迎國內工程界前往參觀及指教。
隨著捷運及衛生下水道工程之持續推動，國內在潛盾施工方面已有相當多的經驗，但遭遇之問題也不少。廖銘洋在「潛盾施工自動化之探討」一文中，就潛盾施工之發展、作業流程中各項自動化需求及國內外潛盾施工自動化之最新技術等，作詳盡的介紹，值得國內在未來潛盾工程設計及施工時參考與使用。
國內高層建築、橋樑及未來之高速鐵路皆用到許多基樁，基樁之承載能力需以載重試驗加以驗證，傳統基樁載重試驗加載過程繁複且耗時費力，已不符目前對於效率及精度之要求。姚錫齡在「全自動基樁載重試驗」一文中，介紹榮工處所研發之全自動試樁設備，包括量測系統、加載設備及資料處理等皆已達全自動功能，並舉一實例說明其試驗方式、設備、試驗結果及優缺點等，頗值得在國內推廣使用。
此外，壽克堅、劉進全及林明川在「隧道穿越煤礦區之影響分析」一文中，以數值分析探討煤礦區與隧道彼此間之互制影響，可供類似工程案例之參考。蘇文忠和熊彬成在「傾斜儀資料處理及工程應用」一文中，說明傾斜儀資料轉換之數學方法，並舉一實例說明，可供地工界參考。

作者

徐健一

摘要

地工技術」雜誌自民國七十二年創刊至今已昂首邁入第十六個年頭，十餘年來在大地工程界先進及精英之努力耕耘下，這塊園地經由萌芽、成長而臻至目前的境界，為大地工程發展奠立基礎。同時大地工程技術亦因政府投入大量公共工程建設及公民營企業機構之大規模建廠計劃，以及大地工程學術及業界之努力而快速提昇，其間「地工技術」雜誌更發揮了經驗傳承之功能，使國內之大地工程技術巳脫離一、二十年前必須仰賴先進國家技術之困境，不僅於國內受到重視，亦逐漸樹立在國際上之地位，猶記莫若楫博士在「地工技術」雜誌創刊贈言中期許「願吾同仁共同努力來發揚吾國的大地工程及建立吾國大地工程師在國內及國際上的地位」此一語重心長的期許，目前可謂已逐步實現中。作為大地工程界的一份子，實感到欣喜。
國內工程傳統上採設計及施工分開方式，惟近十年來有些建廠工程，如石化工廠及垃圾焚化廠等開始探用所謂「Turnkey」方式，即將整廠之設計、採購、施工安裝至試車工作交由一家公司承包，藉由減少界面，明確責任歸屬，以節省時間及費用。另外近年來一些大規模的公用事業如民間電廠、垃圾焚化廠等，也逐漸開放，由民間投資開發營運，這種方式稱為BOO(Build-Operate-Own）。此外亦有採BT(Build-Tranfer）或BOT(Build-Operate­Tranfer）等方式，即建造後移轉給政府營運，或建造並營運一段期間後再移轉給政府，如高速鐵路計畫、高雄都會區捷運計畫及中正機場至台北市的捷運計畫等。這些有別於傳統之方式預期將日漸增多。由於投資費用將直接影響投資人之獲選機會及日後之營運成本與獲利，故通常投資人必然會力求撙節，希望能在預訂之期間內以最低之費用完成建造工作，故在安全之前提下，必然會要求作最經濟之設計及施工方式，大地工程所佔工程費用比例通常均不低，尤其在山坡地或新生地開發之工程更形重要，一向均為投資人關注之重點，故如何成功完成兼顧安全及經濟之工程，將為大地工程師須面臨之挑戰，值得深思。
由於大地材料本質上之複雜性且性質受施工行為之影響甚鉅，故地工問題幾乎沒有標準答案，甚至有許多人認為地工技術是一門藝術。在這種條件下，要達到安全之目的尚不難，但在經濟上要拿捏準確似乎遙不可及，本人並不反對這種看法，但認為依國內目前之地工技術水準，若能在下列幾點再予以加強，應可雖不中亦不遠了。
(1)提昇地質調查之質與量
資料是否足夠反正確，對一件工程具有控制性的影響，對於地層狀況及特性若無明確瞭解，將使很多工程在設計及施工前，因久缺乏適常的資料而造成設計保守及施工困難，引致經費上之浪費。
(2)按步就班之施工品管及監測記錄
施工品質不良，除無法達到設計之預期外，亦容易導致災害，連安全都堪慮更遑論經費之節省。而施工過程之詳細監測記錄，除可暸解施工之狀況外，亦可作為安全控制及經驗之傳承。
(3)事前試驗及事後驗証
以基樁工程為例，若能於地質調查後，作初步分析並選擇適用之樁種、樁長及口徑後，於現地實際試作進行載重試驗，除可暸解工法之適用性與訂定施工參數及品管要點外，亦可據以調整分析結果以供設計，並於正式施工過程再加以檢驗及驗証。如此除可確保安全外，亦可精確控制設計成果，達到節省經費之目的。
(4)理論與實務之密切配合
目前尚有許多實務尚缺乏明確之理論驗証，如群樁之支持行為等，因而降低分析成果之精準度，故若能依實務經驗於理論上作深入探討，必能促進設計品質之精進及技術之提昇。
(5)開放心胸經驗分享及資料蒐集彙總
大地工程係一門極需經驗之學科，有了豐富之經驗才能培養出正確的工程判斷能力，各界應摒棄門戶之見，以更開放之心態提供經驗及資料。促進技術資訊之交流，以普遍提昇技術之水準及層次。
(6)價值工程研析
適當方案之研選為節省經費之最有效方法，透過各種方案之分析比較，不僅可促使週延考量各項影響因素，並研選出最佳之方案，亦可經由研選過程之磨練提昇創造能力。
以上均是個人以工程業界之觀點，所提出的一些淺見，期望我地工界同道能共同努力，以順應潮流開創新局。

英文篇名

THE AUTOMATION OF MOUNTAIN TUNNELING

作者

蔡茂生

關鍵字

山岳隧道、開挖、支撐、施工自動化、整合技術

摘要

山岳隧道施工範圍多為山區之岩質地層，近年來施作之規模日漸趨大，大斷面、長隧道、高覆蓋層、大深度等案例日增。開挖方法需能滿足於該等地形、地質、施工規模條件下得以快速、省力、安全、品質、環保之要求；及時、安全地支撐完妥。近年來，施工機械、技術之發展已大幅提高施工成效。電腦技術之運用有效地整合各項施工作業資訊，為隧道工程自動化之發展提供良好之管理介面。

英文摘要

The major task of tunneling is excavation and support .Recently, there are some improvements aimed to enhance the “accuracy” & “safety” of D&B method, to promote the efficiency and mobilization of mechanical-excavation , and have achieved some noticeable results .Using pour-in-place concrete and well-mixed shotcrete to maintain the sufficient support in time. Introducing computer technology to integrate the “construction management information” will promote the tunneling construction technology to a higher automation field.

英文篇名

REAL-TIME DATA ACQUISITION AND DECISION SUPPORT SYSTEM FOR ROCK TUNNEL

作者

呂守陞、陳志南、陳堯中

關鍵字

隧道工程、資訊系統、隧道生命周期資訊

摘要

岩石隧道工程作業過程中所需處理與回饋之資訊相當繁多，如岩體評分、地質記錄、監測記錄、施工記錄等等，目前多以報表方式處理不但很費時耗力、易產生錯誤；更不易達到整合回饋分析之目的。有鑑於此，台灣科技大學（原台灣工業技術學院）營建系岩盤工程研究群利用現代電腦科技之功能，並結合隧道工程界專家之經驗，建立「整合性隧道工程現地資訊記錄與決策輔助系統」。透過系統提供之工程資料自動化記錄與資料回饋分析等功能，將可協助隧道工程人員迅速衡量工程績效與進行合理之決策。如此將可提高隧道工程作業之效能，強化管理能力。為發揮隧道工程資訊之整體效益，則建置整合性隧道工程資料庫系統，並與本資訊記錄系統充分結合，將是未來之重點工作。

英文摘要

The construction process of a NATM tunnel consists of geological data logging and rock mass rating, monitoring of the changes of rock strain and stress, as well as blasting and excavation. In the past, when conducting the data recording, engineers need to look up many reference books and then to calculate the results by hand. The results could be display on the trend charts to judge the next action. It is difficult and not efficient to execute all of the tasks in the poor jobsite environment.In order to improve the situation, The purpose of this paper is to build up a decision-supported system, named “the Integrated Rock Tunnel Logging and Decision-aid System.” The functions of this system include geotechnical logging, rock mass rating, cross-section prediction, moritoring data recording and its graphical display, and construction data collection and analysis. The system combines the concepts of multimedia MIS and DSS. This system has a convenient user interface and an integrated data structure that encompassed all the information about the tunnel construction process.

英文篇名

THE INTRODUCTION OF TUNNEL CONCRETE LINING INSPECTION AND ITS DEVELOPMENT OF AUTOMATION

作者

王文禮、蔡道賜、諶家瑞

關鍵字

隧道、混凝土襯砌、自動化、隧道檢測、影像掃描、淨空掃描、熱像掃描

摘要

隧道因為受到外力作用、材質劣化或者是其他因素而產生異狀時，最直接的反應便是在混凝土襯砌上形成裂縫及滲水的現象。目前常用之檢測方法仍沿用一般混凝土結構物之調查技術，例如目視法、透地雷達掃描及鑽心取樣等。但是隧道為長條形之地下封閉結構物，與一般地上開放結構物不同，傳統之調查技術往往無法滿足其效率及精度上之要求。有鑑於此，擁有悠久隧道歷史的歐洲率先針對隧道襯砌裂縫、滲水、襯砌背後空洞及淨空大小發展了一套結合影像、熱像及淨空掃描的自動化檢測系統，利用載具配合360度旋轉的掃描感應器，可以快速、精準地一次取得隧道全線影像、溫度及淨空資料，以作為隧道產生異狀原因的評估以及修復改善設計之重要依據。

英文摘要

The most evident effects caused by external force application, worsening construction material quality or other factors are cracks and water inflow appearing on concrete lining. Techniques such as visual measurement, ground penetration radar, drilling and sampling are still being used for tunnel inspection nowadays. Because these traditional techniques were originally designed to be used for inspection of constructions in open space, efficiency and accuracy using these techniques are not sufficient when they are used to inspect tunnel which is a longitudinal enclosed space. In view of this deficiency and with their long historical background in tunnel constructions, the Europeans have developed an automatic inspection system for this purpose. The system makes use of combined techniques of visual image, thermal image and space scanning techniques. Scanner with 360 degree rotation capability, can very quickly and accurately gather visual image, temperature, and clearance information for the entire length of tunnel. Investigation of the collected data will help to lead us to the reasons of the unusual appearance in the tunnel.

英文篇名

AUTOMATION OF DEFORMATION MEASUREMENT AND PROFILE SURVEY TECHNIQUES FOR TUNNEL CONSTRUCTION

作者

陳堯中、吳俊傑、傅子仁

關鍵字

隧道、三維變形、斷面收方、監測自動化

摘要

隧道變形量測及斷面收方是確保隧道安全及改進施工品質之依據。傳統量測方式不但費時費力，且無法及時反應隧道整體狀況 。近年來在隧道變形量測及斷面收方之技術方面皆有長足進步，本文特別針對隧道三維變形光學量測技術及斷面收方之自動測量技術做一簡介，包括其儀器設備、操作步驟、功能特色及資料圖形處理等。三維光學量測技術之資料應用及對隧道安全之評估方式皆有別於傳統監測，本文亦對此做一介紹。

英文摘要

Deformation measurements and profile surveys of tunnels are the key elements to ensure the safety of tunnel construction and to improve the construction quality. Traditional methods not only waste efforts and time but can not reflect the complete conditions of tunnels. Recently, there are great automation improvements developed in these areas. This paper will describe the equipment, the functions and features, the operation procedures, and the data analyses of these automatic techniques. The safety evaluation procedures of the optical measurement technique which are different from traditional methods will be introduced.

英文篇名

OVERVIEW OF THE AUTOMATION IN SHIELD CONSTRUCTION

作者

廖銘洋

關鍵字

潛盾施工、自動化

摘要

潛盾施工在都市內具有降低環境衝擊、高效率與安全施工之特徵，使用範圍日益廣泛。相對的由於生活水準的提升、勞動條件的改變，此一原屬勞力密集與重體力之作業，須藉由科技的進步而尋求改善與永續。自動化為一必然之趨勢與解決之道，然自動化之整體內涵必須考慮其階段性與技術成熟度，同時落實本土化之可行性。於十數年前引進人工手挖式，迄數度觀摩研究國外全自動潛盾施工之所見所思，與已在國內施行之狀況做一整理，期有助於潛盾施工在國內得到最佳之運用效益，進而使潛盾施工自動化在國內有計畫性之推展。

英文摘要

The application of shield construction is increasing in urban area, due to its low environmental impact, high efficiency and safety. The shied construction technique which was heavy manpower oriented before has to be improved by automation because of the higher living standards and changing labor conditions. The implementation of automation should be step by step and consider the domestic conditions. This paper will give an overview of current situations of the automation in shield construction. It is hoped that the automated shield construction will be implemented with best efficiency domestically.

英文篇名

AUTOMATIC STATIC PILE LOADING TEST

作者

姚錫齡

關鍵字

施工自動化、樁基礎、試樁

摘要

基樁載重試驗是一項耗時的工作，尤其以循環加載法進行時，常需數天之久。本文介紹新發展成功之全自動基樁載重設備，包含三項主要部份：驅動系統、量測系統及微處理系統。試樁過程僅需一人操作，在鍵入所需數據如各循環之載重及保壓時間後，該設備即可自動執行完整的試樁過程。此外，傳統試樁可能產生之人為誤差及時差均可有效避免。

英文摘要

Static pile loading test using standard cyclic loading method is a time consuming work which may last for several days. The newly developed equipment presented in this paper consists three parts: driving system, measuring system and micro- processor system. The new test needs one person only to operate the computer controlled system and key in requiring data, load and time duration, for each cycle, and the test will run automatically. Using this method, the reading error and time lag for loading and unloading process happened during conventional test can simply be avoided.

英文篇名

ANALYSIS OF TUNNELING THROUGH A COAL MINE

作者

壽克堅、劉進金、林明川

關鍵字

隧道工程、煤礦區、邊界元素法

摘要

由於人口成長土地高度開發，本省的道路工程漸向郊區及山區發展。其中在中北部之丘稜區，因有廢棄或現存煤礦區之存在，而時有鄰近煤坑而引起隧道開挖失敗的問題。這些問題輕則有沉陷、變形，重則有擠壓變形甚或抽心，實不容隧道設計與施工所忽視。本研究以邊界元素法配合使用位移不連續元素模擬地盤、隧道與煤層，進而求取反應煤坑影響之隧道周邊應力應變分佈，以供設計與施工之參考。針對某一北部案例，本研究以變形控制之觀念來定出現有煤礦之禁採區，以維未來隧道施工之安全。

英文摘要

The highway construction in Taiwan is gradually extended to suburban and mountainous area instead of the over developed city area. For the past few years, there are more and more failure cases of tunneling in coal mine area, since the coal mines are located in the northwestern foothills. The tunneling problems, i. e., settlement, deformation, and failure, due to the adjacent coal mine are significant. Careful considering the influence of the coal mine is necessary for a successful tunnel design and construction in this area.In this study, boundary element method together with displacement discontinuity element are used to simulate the problem of tunneling through coal seams. The analysis result of stress and strain distribution around the tunnel can be used to estimate the influence of the mine to the tunnel. A real case in northern Taiwan was analyzed and a mining restricting area is also proposed for the safety of tunneling.

英文篇名

傾斜儀資料處理及工程應用

作者

蘇文忠 熊彬成

關鍵字

傾斜儀、資料處理、數學轉換、工程應用

摘要

傾斜儀(Tiltmeter)是一種在地質和大地工程上非常有用的工具，如何有效的運用和展現傾斜儀所測得之資料，是目前傾斜儀應用上，一個相當重要的課題。本文將闡述傾斜儀資料轉換之數學方法，及根據此理論所研發之可處理傾斜儀資料之電腦程式。最後，並敘述一個實際的邊坡穩定案例，供地工界作參考。

英文摘要

傾斜儀(Tiltmeter)是一種在地質和大地工程上非常有用的工具，如何有效的運用和展現傾斜儀所測得之資料，是目前傾斜儀應用上，一個相當重要的課題。本文將闡述傾斜儀資料轉換之數學方法，及根據此理論所研發之可處理傾斜儀資料之電腦程式。最後，並敘述一個實際的邊坡穩定案例，供地工界作參考。