台湾雪山隧道主隧道TBM工法.docVIP

台湾雪山隧道主隧道TBM工法? ?来源：海峡两岸隧道研讨会 ? ??? 摘? 要：台湾北宜高速公路雪山隧道长12.9 km，两条直径11.74m的主隧道南下、北上线及一条直径4.8m的导坑，原规划均采用全断面隧道钻掘机(以下简称TBM，Tunnel Boring Machine)钻掘施工。由于地处板块冲击区地质复杂多变且地下水极为丰沛，不论以钻炸法施工或以TBM钻掘施工，皆极易发生灾变，断面愈大愈危险，必须事前妥善研拟因应方案及选择适当之TBM，提高警觉小心施工，灾害发生时快速应变并谨慎处理，才能将恶劣地质与涌水灾害损伤减至最小，尤其地质构造上，穿越雪山隧道之断层主要分布在南端(头城)约3.6km的范围内，其断层宽度甚至达50m以上，而雪山隧道因考虑环保水资源保护，施工期的排水、洞口设施的腹地、运弃碴料等之因素，业主决定三条隧道均由南洞口(头城端)以TBM发进向北洞口(坪林端)方向开挖，TBM实际所遭遇的恶劣地质及蕴含丰富的地下水量较所预估之状况更为艰巨险恶。本文叙述雪山主隧道恶劣地质下TBM施工之经验，提供两岸隧道与地下工程界卓参，企盼工程技术与管理，能在恶劣地质困境的考验下，获致进一步的突破与成长。 ??? 关键词：隧道钻掘机 恶劣地质 断层 ? ??? 0? 前言 ??? 北宜高速公路为促进台湾东部地区经济发展最主要之交通工程，其中第四标工程(坪林头城段)雪山主隧道之开挖施工则是本交通工程成功之关键，且最为艰困的工程。交通部台湾区国道新建工程局第三区工程处于1993年7月23日与荣民工程股份有限公司签约开工，监造单位为中兴工程顾问股份有限公司。第五标导坑工程早在两年前(1991年7月15日)即先行开挖施工，唯当北上线TBM于1996年元月底开始发进时导坑TBM仅仅开挖约1.6 km长，且已历经九次受困，因此导坑之主要功能如沿线地质探查数据回馈主坑开挖作业、预先由导坑施作必要之主隧道开挖面地质处理、排水等功能均未发挥，足见雪山隧道工程之艰难，对于主隧道施工而言，相对地增加了许多的困境与风险。1998年10月世界知名的隧道月刊TT(Tunnels Tunneling International)，Shani Wallis为文“台湾坪林隧道百折不挠(Pinglin perseverance in Taiwan)”载曰：「许多人认为坪林隧道不可能建成(This is the tunnel that just can not be built)，但是台湾人却不放弃(But the Taiwanese are not giving up)」，可见坪林(雪山)隧道的艰困众所周知，甚者，英国百科全书British Encyclopedia将本工程列人世界知名的艰难工程“a renowned difficult project in the World”。 ??? 北上线主隧道TBM首先于1996年5月1日开始全断面开挖，期间经历了七次受困地质处理，唯不幸总计仅开挖456 m，于1997年12月15日，TBM在里程38K+902处不幸发生抽坍灾变，涌水量750～800 L/s，水压1.8MPa，抽坍掩埋TBM及B/U支持系统100余m，终遭致几乎全毁之命运。1999年9月，业主国工局报经交通部核定将北上线TBM拆解，全线改采DB钻炸法施工。 ? ??南下线TBM则于1996年8月19日在顶导坑(122m)之保护下开始开挖。同样地，于1997年7月10日，TBM开挖了654 m，在上新断层附近(里程：38K+858)遭遇极其剪裂破碎之剪裂泥层，致无法继续向前推进。为考虑南下线TBM安全地通过上新、巴陵、大金面、石牌南、北支等断层，在经业主及监造单位同意下，改采顶导坑及TBM混合工法，在TBM前方先行施作顶导坑，共计1935 m(里程：38K+858～36K+923)。TBM整整原地停滞了2年又9个月，于2000年4月1日才重新启动，配合前方顶导坑施作之进度采渐近式开挖掘进。南下线TBM历经8年半，终于在2005年2月2日上午6时20分开挖至北端钻炸法衔接段的最后1 cm，里程32K+195，完成了全线贯通的艰巨任务，期间共经历了一次尾盾受夹(里程：36K+670)及一次受困地质处理(里程：36K+440)。南下线TBM全断面开挖长度计3863 m，TBM及DB(顶导坑)混合工法开挖长度计3453 m，合计TBM总共开挖7316 m，详见表1。南下线TBM于2004年3月创单月开挖最高纪录360.056m/月，并在2005年2月1日最后一天创单日开挖最高纪录19.528 m/d。 表1? 雪山隧道开挖工法及长度 ??? 1? 地质 ??? 雪山隧道位于欧亚大陆板块与菲律宾海板块折皱冲断构造区，覆盖层厚达700余m，雪山隧道沿线地区岩盘性质，