作者

蘇鼎鈞

摘要

民國96年1月5日，國人期待已久的台灣高鐵正式通車營運，將台北至高雄南北交通之行車時間大幅縮短為90分鐘，實現大家對台灣西部走廊一日生活圈之期待。這一條總投資金額超過新台幣5,000億元的高速鐵路建設計畫，路線行經台灣西部14個縣市， 77個鄉鎮，32個都市計畫區，全長345公里，沿途共設置10個車站，包含251公里高架橋、47公里隧道及32公里路工工程。由於台灣高鐵縱貫台灣西部， 從北到南，土建工程中因結構型式不同，其所面臨之工程問題自然各有不同，惟其中以地工課題最為複雜和不容易處理，舉凡活動斷層、地震、邊坡保護、隧道掘進、填土沉陷、液化、抽水引致地層下陷、基樁承載層確認…..等，在在考驗「地工人」之智慧，如何在工程安全與經濟效益之間取得一最佳之平衡點？相信在設計和施工過程中，所有參與之「地工人」無不絞盡腦汁，竭盡心力，期為國家現階段之重大工程，貢獻工程師之職責並引以為傲。本專輯有幸邀請曾參與高鐵計畫之地工界朋友，分享他們在設計和施工階段所獲得之寶貴經驗和心得，在此特別表達由衷之謝忱。

作者

歐晉德

摘要

《地工技術》已昂然邁入第二十五個年頭，並首次以台灣高速鐵路建設為主題出版專輯。本人於民國九十五年承台灣高速鐵路公司殷琪董事長之邀，擔任執行長迄今，深感此一全球規模最大之BOT計劃對未來台灣工程界與交通運輸之影響甚鉅，承主編之請，再次為《地工技術》高鐵專輯撰寫贈言，深感榮幸。台灣高鐵總長345公里，以橋梁、隧道、路工貫穿台灣西部平原，其中橋梁工程計251公里，佔路線全長逾七成，尤其彰化八卦山以南路段總長約160公里，其表層地層屬鬆軟具高壓縮性及低承載力之近代沖積層，設計上均採高架橋由樁基礎支承，基樁數量超過20,000支，屬於大口徑之鑽掘樁，其工程規模之鉅，已締造台灣連續高架橋長度之新紀錄；隧道工程計47公里，均採新奧工法施工，為單孔雙股隧道，所經過地質含括了西部麓山帶之砂岩、頁岩、困難之砂頁、泥岩互層以及八卦山特殊礫石層等；而為避免高速鐵路路線通過，造成路線兩側交通阻隔，因此路堤／路塹工程計32公里，僅佔路線約一成，以減緩對自然環境之衝擊。
台灣位於地震、颱風頻繁地帶，於西部走廊興建高速鐵路，經過地區除須考慮地震、強風及豪雨等自然環境因素外，路線的規劃為配合區域均衡發展、減少對週遭環境及自然生態之影響，也儘量以平直為原則。而面對斷層及西南沿海的軟弱地盤限制，如何確保每小時250~300公里高速運轉的安全也成為高鐵工程的重大挑戰。高速鐵路在規劃、興建過程中面臨的工程挑戰可歸納如下：
1. 工程精度的提升：在高鐵興建之前，國內以捷運工程之精度需求最高，而高速鐵路較之捷運而言，速度提高3~4倍，因此，其對施工精度之要求更高，而對於軟弱土層處理、基樁工程品管要求、隧道開挖以及邊坡穩定等不確定因素較高的大地工程項目，如何滿足高鐵的設計要求與品質管理，是參與工程人員的一大挑戰。而施工過程中遭逢九二一地震後國內耐震規範之更新，亦為高鐵工程執行中的挑戰。
2. 工程界面整合：高速鐵路貫穿台灣西部麓山帶，其不論施工者、施工界面、施工環境等皆相當繁複，除此之外，高鐵整個興建期僅七年。因此，對各類型工程界面之整合亦顯重要；加以高速鐵路以統包方式發包施作，更添加了各工程界面整合管控的難度。而高鐵興建過程中所引進的各項品管制度與檢核驗證制度也為國內首次執行，並對國內後續類似BOT工程之執行產生顯著影響。
3. 近接施工考量：高鐵路線縱跨台灣西部，與多項設施毗鄰施工，考量高速鐵路於高速運行中對環境之振動及噪音等影響，以及高鐵本身安全之維護考量。因此，高鐵工程中多處近接施工工程之設計與管控之要求，包括工法之使用，自動化監測系統之引進，皆對國內相關領域產生技術提升之良性影響。
4. 設施維護管理：在既有設施數量提升與財政日益拮据之現實環境下，資產管理觀念漸受重視。因此，對高鐵設施之檢測、維護或更新等新進工程技術之開發引進，以確保高速鐵路行車安全與運轉正常，落實大眾運輸永續發展之理念，亦為國內工程界未來發展之重點。
回想二十五年前，本人在《地工技術》創刊之時，特以〈理想與方向－為大地工程技術升級而努力〉為題，期望《地工技術》的創辦，能為大地工程界奠立基礎、保存及傳遞經驗，並在國內大地工程學術界開創一片天空。二十多年來，這一目標可謂逐步達成。近年來，在審核或閱讀各著名刊物的學術論文中，常可見到國內同仁的著作被刊載或引用，均甚感欣喜，可見我們的努力已展現成果。本期文章詳盡介紹高速鐵路建設之大地工程設計考量、施工問題解決，及未來營運維護之相關問題探討，將高鐵興建中的地工經驗與技術作一完整介紹，希望藉由相關文章之發展，達到《地工技術》創立之經驗傳承宗旨。未來，高速鐵路將促成西部走廊區域經濟的結構性改變，奠定我國二十一世紀國家發展的基礎。而國內大地工程界歷經此一先進建設的洗禮，相信在技術、制度與經驗上都有顯著的成長，奠立邁向國際化的實力。最後，期許 《地工技術》堅持創設理念，持續肩負地工界技術推廣與經驗傳承的任務，也鼓勵年輕一輩大地工程師積極投入為地工注入新活力，讓台灣的地工技術永續發展。

英文篇名

SPECIAL CONSIDERATIONS ON GEOTECHNICAL ENGINEERING DESIGN AND PREVENTIVE MEASURES FOR NATURAL GEOLOGICAL HAZARD ALONG HSR ALIGNMENT

作者

楊恆偉、謝致德

關鍵字

地層下陷、地質災害、高速鐵路

摘要

高鐵計畫與其他交通建設在大地工程設計最大的不同除了載重條件之外，較為嚴格允許變位量是主要的特色。但是從營運安全的角度來看，如何降低營運中高鐵結構面臨地質災害所帶來的風險，反而是大地工程考量的另一個的重點，高鐵沿線可能發生的地質災害包括地震、暴雨及斷層錯動造成的邊坡問題、以及彰雲地區地層下陷問題，本文將要討論這些地質災害對高鐵的影響，以及為降低這些地質災害帶來的風險所採取的措施。

英文摘要

Comparing with other transportation infrastructures such as freeway and MRT, the geotechnical engineering design for high-speed rail project adopts similar principles except different loading conditions, higher safety factor, and more stringent allowable displacement of foundation structure. However, from operational safety point of view, minimizing the impact from natural geological hazards along the railway alignment becomes a critical issue. This paper will first review the natural geotechnical hazard along the HSR alignment. It has been identified that slope instability associated with heavy rainfall, earthquake and active fault movement, and ground subsidence are the three key natural geotechnical hazards. The actions including monitoring, inspection by professional geotechnical engineer and geologist, engineering assessment, and building up the early warning system have been taken to ensure the railway operational safety.

英文篇名

QUATERNARY ENGINEERING GEOLOGY AND EARTHWORK PROBLEMS

作者

陳家駿

關鍵字

高速鐵路、第四紀地層、邊坡穩定

摘要

臺灣高速鐵路北段路線行經西部麓山帶地質區前緣，沿線經過地層主要屬第四紀地層，包括：卓蘭層、頭嵙山層、紅土礫石層等地層，岩層特性為形成年代尚輕，故膠結不良、易碎裂、易受風化作用影響岩體強度。而此段路線多以隧道、路塹等路工型式穿越各丘陵臺地，其間以路堤、高架橋連結；由於隧道洞口與路塹邊坡組成地質材料之故，衍生諸多大地工程問題。本文從過去發生之破壞案例，就沿線工程地質特徵加以說明，並嘗試探討各類邊坡穩定問題，並提出對此類邊坡爾後應注意之建議事項。

英文摘要

The northern section of Taiwan HSR is located in the frontier of western foothills. Quaternary strata including Cholan Formation, Toukoshan Formation, and lateritic terrace deposits are predominantly distributed over this region. The nature of these formations is younger, poorly cemented, frangible, and strongly effected by weathering. Along this section there are so many cut-slopes and tunnels across foothills and tablelands, joined with embankments and bridges. Many existing problems of those slopes about geotechnique are associated with such geomaterials. This paper outlines the engineering geological characters with some accidents, and reviews related issues on slope stability.

英文篇名

HUEILUNG TUNNEL DESIGN FOR TAIWAN HIGH SPEED RAIL

作者

陳順得、黃崇仁、張吉佐

關鍵字

岩石隧道、瓦斯、排水系統、支撐設計

摘要

迴龍隧道是台灣高速鐵路南下第一座隧道，總長約2,149公尺，主要通過木山層含煤層之岩盤，地質條件複雜，有背斜構造、斷層通過，岩體中蘊藏天然氣。南口緊鄰工廠及住宅區，周圍環境條件限制多。本文介紹迴龍隧道開挖支撐及內襯砌設計等數值分析成果，並針對設計上之特色，例如:採NATM工法並開放統包商視實際地質條件選用輔助工法、潛在天然氣之危害評估及預防措施、可清洗式隧道內排水系統設計、開炸噪音控制及安全防護、南口明挖覆蓋隧道設計等有別於傳統岩石隧道之設計逐一介紹。

英文摘要

Hueilung tunnel is the first tunnel in south bound of Taiwan High Speed Rail, about 2,149m in length. This tunnel passes through the strata of the Mu-Shan formation with coal seam. The geological conditions along Hueilung tunnel are tectonically disturbed, highly fractured sandstone with shear and fault zone. The south portal of this tunnel adjoins a residential area and factories. The restrictions due to environmental impact are one of our concerns in the design. The main topics introduced in this design include the results of numerical analysis of rock supports and inner lining. Besides the traditional support design, many special considerations are introduced in this design, such as the flexible options of the support and auxiliary construction method for the contractor, potential natural gases assessment and precautions, cleanable drainage system design, noise isolation and safety protection, and cut and cover portal section design, etc.

英文篇名

DESIGN CONCEPT OF TUNNELS AND A SPECIAL PORTAL SLOPE OF TAIWAN HIGH SPEED RAIL PROJECT CONTRACT C220

作者

胡逸舟、彭錦法

關鍵字

高速鐵路、隧道、邊坡

摘要

台灣高速鐵路C220標穿越台灣西北部麓山帶山坡地，因此沿線建造多處隧道與邊坡。隧道設計上需特別考量軟岩地層之特性、淺覆蓋及由既有高速公路下僅9公尺之覆土狀況下穿越之情形。此外本案藉由配置各種監測系統以進行設計參數及假設之驗證，而由監測結果顯示隧道襯砌之收斂與變形深深受傾斜地形造成之偏壓、不利之岩層位態條件與軟弱強度所影響。本文將以一座穿越既有高速公路且位於舊有崩塌地隧道之洞口邊坡設計為例，說明全面性邊坡穩定之設計概念，包含利用設置擋土結構，配合上邊坡地層移除，達到洞口邊坡「局部穩定」，以及採用坡趾回填土方之方式，符合高鐵規範之「整體穩定」要求。

英文摘要

The Taiwan High Speed Rail (THSR) runs through several hilly areas in the northwestern island of Taiwan and there are therefore quite many tunnels constructed along the alignment. Special considerations are required for the design of these tunnels due to the soil-like rock strata, low overburden and underpassing the existing freeway with cover as thin as 9 m. Various monitoring systems were then adopted to verify the initial design parameters and assumptions. The results reveal that the deformation and convergence of tunnel linings are significantly affected by the asymmetrical loads due to inclined topography, unfavorable bedding conditions and the poor strength of rocks. A case history of a tunnel underpassing an existing freeway embankment will be demonstrated to explain the overall slope stablity design concept for a portal which located in an old landslide area.

英文篇名

DESIGN AND CONSTRUCTION CONSIDERATION OF PILE FOUNDATIONS OF HIGH SPEED RAIL PROJECT

作者

陳明山、段紹緯

關鍵字

群樁效應、土壤彈簧、基礎等值彈簧

摘要

臺灣高速鐵路南部路段所經爲臺灣西南部海岸平原區，表層地層屬鬆軟具高壓縮性及低承載力之近代沖積層，故設計上均採高架橋由樁基礎支承。基樁數量超過20000支，平均樁長約爲50至60公尺，樁徑大部份在1.5至2.5公尺之間，屬於大口徑之鑽掘樁。本文為亞新工程顧問公司於從事高速鐵路工程南部段之樁基礎設計與施工階段所獲得之幾項經驗提供大家分享，期能供爾後類似工程參考。

英文摘要

The alignment of Taiwan High Speed Rail (THSR) passes through the southwestern coast plain in southern Taiwan. The geological condition in the region consists of soft compressible alluvial deposits in the upper soil strata. Over twenty thousands of 1.5 to 2.5m large diameter bored piles with lengths of 50 to 60 m were constructed to support the viaducts and bridges of the rail. The foundation engineering practices through this significant project in Taiwan are discussed in details. An overview of the THSR Project will first be provided, and then important design requirements and considerations are discussed. This is followed by discussions of load test programs implemented in this infrastructure project. Finally, several issues related to design and analysis of foundation systems were discussed from a retrospective perspective.

英文篇名

A PRELIMINARY STUDY OF PILE CONSTRUCTION METHOD AND BEARING CAPACITY EVALUATION IN GRAVEL FORMATIONS

作者

陳俊融、黃崇岳、廖惠生

關鍵字

卵、礫石層、基樁施工法、基樁承載力

摘要

卵、礫石層因為其組構的特性，無論施工及承載力的推估均與一般土壤有所不同，因為相關施工經驗及樁載重試驗之文獻較為有限，故在卵、礫石層基樁之承載力及施工法評估上經常遭遇到相當大的困難。因此本文希望藉由高速鐵路沿線卵、礫石層施工經驗，提供爾後類似地層基樁施工之參考；並藉由基樁試樁結果探討卵、礫石層基樁承載的特性，進而對卵、礫石層極限承載力的推估提供建議，以供後續卵、礫石層基樁承載力評估之參考。

英文摘要

Because of the unique compositional characteristics of the gravel formation, the designed bearing capacity and the construction are very distinctive from those of general soils. However, due to the lack of systematic organization of experiences encountered, the design and construction of pile foundation in gravel formation usually conflict great difficulties. Henceforth, in this article, it is the hope of the authors to share the valuable experiences obtained from the High Speed Rail construction to provide references for future pile foundation construction in similar gravel formations. More importantly, with the analysis of in-situ pile loading tests, this article explores the characteristics of pile foundation in the gravel formations, and consequently suggests the bearing capacities of the pile foundations for future references.

英文篇名

MANAGEMENT OF ADJACENT CONSTRUCTION ALONG HSR ALIGNMENT

作者

楊恆偉、謝致德

關鍵字

鄰近施工、容許變位量、分級界線圖

摘要

高鐵全綫長345公里，其中高架橋有252km，路工段有32km，隧道段有47 km，全綫共經過77個鄉鎮、14縣市。目前高鐵沿綫的聯外交通以及新市鎮的開發各項工程，例如鐵路、公路、高層建築等均已伴隨著高鐵通車如雨後春筍般的開展。這些臨近高鐵第三人施工行為對既有的高鐵結構物影響，既非高鐵工程原設計、施工所能考量，而且一般的大地工程設計規範與研究亦多著重於新建工程之基礎及地工結構物，對於新建地工結構施作對既有基礎之影響評估與解決方案著墨較少。因此，本文第一個目的將要討論高鐵鄰近施工行為包括填土與基樁施工對既有結構基礎之影響；其次將討論如何結合自動化監測之即時性與第三公正單位之專業以達到客觀、有效的落實高鐵鄰近施工之管理與維護高鐵營運安全之目的。

英文摘要

It has been noticed that the existing viaduct structure with pile foundation has been suffered settlement due to adjacent construction activities such fill and piling work. Extensive studies with field tests and monitoring have been carried out to identify the cause and mechanism inducing settlement. It was concluded in this paper that adjacent construction effects to the existing viaduct structure with pile foundation is significant. Regulations to minimize the impact are crucial to protect the railway due to its sensitivity to the differential settlement.

英文篇名

APPLICATION OF REAL-TIME AUTOMATIC MONITORING SYSTEM IN THSR PLANS

作者

黃育君、楊恆偉

關鍵字

即時自動化監測系統、高速鐵路、路堤灌漿

摘要

運籌於帷幄之中，防災於千里之外，透過遠端即時監測的方式是達成具體防災最有效的手段。高鐵計畫在施工與營運階段基於施工安全、防災預警、或是動態要求，應用自動化即時監測系統於隧道、路堤、邊坡、高架橋、與鄰近施工之監測。本文除了介紹自動化即時監測系統之架構外，另外將以案例介紹的方式說明高鐵「新竹二高隧道穿越國道三號高速公路下方工程」與「路堤灌漿改善工程」使用自動化即時監測系統之緣由與成效。

英文摘要

Real time Automatic monitoring system has been widely applied to various infrastructure construction projects and environmental control works due to its cost-effective, reliable, and efficiency. For the same reasons, Taiwan High Speed Rail Project has adopted the real time monitoring system during the construction and revenue operational stages. This paper will brief the system adopted and followed by the descriptions of monitoring work carried out in two construction projects. The first case is the tunnel construction underneath the existing freeway. The allowable settlement on the freeway pavement is 20 mm. The second case is the embankment remedial work by grouting. The uplift of the embankment during grouting should not cause adverse impact to the operational high-speed rail. The automated real time monitoring system introduced in this paper has been successfully demonstrated its superiorities in these two projects.

英文篇名

STUDY ON USE OF STEEL SEGMENT METHOD IN NEW WUCHIEH DIVERSION TUNNEL PROJECT

作者

李鴻洲、李慶龍、林宗放

關鍵字

隧道鑽掘機、斷層、剪裂破碎帶、鋼環片工法

摘要

台灣山岳隧道開挖向以鑽炸工法開挖施工為主，自台電公司鯉魚潭水庫士林水力發電工程頭水隧道成功以隧道鑽掘機(TBM)開挖施工後，新建隧道工程即陸續採用TBM開挖工法施工。因本島山岳隧道工程在開挖時常遭遇斷層、剪裂破碎帶、地下水豐沛大量湧水等不良地質，根據以往經驗TBM開挖施工時遭遇不良地質弱帶，不但施工處理困難費時且工程費用大增。新武界引水隧道工程TBM段隧道里程7k+940.7處TBM機頭前方遭遇地質弱帶造成頂拱岩楔抽坍，曾採用鋼環片支撐工法施工，本文以此為例說明鋼環片工法原理、處理過程及其改善對策，供相關工程界參考。

英文摘要

台灣山岳隧道開挖向以鑽炸工法開挖施工為主，自台電公司鯉魚潭水庫士林水力發電工程頭水隧道成功以隧道鑽掘機(TBM)開挖施工後，新建隧道工程即陸續採用TBM開挖工法施工。因本島山岳隧道工程在開挖時常遭遇斷層、剪裂破碎帶、地下水豐沛大量湧水等不良地質，根據以往經驗TBM開挖施工時遭遇不良地質弱帶，不但施工處理困難費時且工程費用大增。新武界引水隧道工程TBM段隧道里程7k+940.7處TBM機頭前方遭遇地質弱帶造成頂拱岩楔抽坍，曾採用鋼環片支撐工法施工，本文以此為例說明鋼環片工法原理、處理過程及其改善對策，供相關工程界參考。

作者

周忠仁

摘要

作者

地工技術

摘要