新武界附栗栖溪引水隧道工程TBM开挖工法施工技术探讨.docVIP

新武界引水隧道工程TBM開挖工法施工技術探討 李鴻洲 鄭建和 劉欽正 台灣電力公司 中興工程顧問股份有限公司 摘 要 台灣電力公司『新武界隧道及栗栖溪引水計畫』之隧道總長約15.7公里，其中新武界引水隧道自過河段向下游約7.1公里範圍，採用TBM施工。為瞭解本隧道段之地質情況，曾於該隧道沿線施作四孔長距離地質探查孔，其中包括一長達901.5公尺之水平探查孔；此外，亦沿隧道線施作地球物理探測，以充分掌握隧道沿線之地質。承商（新亞建設˙熊谷組聯合承攬）於充分瞭解隧道地質情況及相關因素後，決定選用開放式（Open type）機型施工；該機（Open Main Beam Type Robbins Model 1610-279）曾有700m/月之鑽進紀錄。且引進「鋼環片支撐工法」俾利通過破碎帶或斷層等惡劣地質，期望搭配此工法可應付台灣地質多變特性。本TBM鑽掘隧道工程於民國89年7月14日正式開挖，預計民國90年11月貫通。本文特介紹本隧道之工程地質調查成果、TBM設備、TBM於本隧道鑽掘施工概況及承商提案採用鋼環片工法通過特殊困難地質之施工實例探討等，供同儕參考。 一、前言 日月潭為一離槽水庫，其水源主要仰賴現有武界隧道引取武界壩上游濁水溪水量，為台灣電力公司日月潭水力發電系統之中樞，負責供應包括明湖、明潭等五座總裝置容量達277萬千瓦之抽蓄及傳統水力發電廠發電及其周邊鄉鎮所需民生與灌溉之用水；因此須確保其水源，以免國內尖峰用電之供應受阻，亦不致影響附近居民之生活。由於現有武界隧道使用迄今已逾67年，其襯砌混凝土已嚴重龜裂剝落，有崩坍之虞，為避免影響日月潭發電系統之正常運轉，台電決定興建一條新武界引水隧道替代現有之老舊隧道，並將濁水溪上游支流栗栖溪之水源一併引入日月潭統合運用。 新武界引水計畫聯結現有武界壩、新建之栗栖壩及日月潭，隧道總長約15.7公里，由四段隧道組成，彼此間以過河拱橋或暗渠相連，工程之佈置如圖一所示。本計畫於可行性研究階段時，由中興工程顧問股份有限公司建議所有隧道均採鑽炸法施工，至基本設計階段時，為考慮達到縮短工期、降低對環境造成之衝擊、減少對隧道勞工之需求量及提昇我國隧道施工水準之目的，自過河橋至暗渠段間約7.7公里長之大部份隧道（約7.1公里）改採TBM施工。 圖一、新武界隧道及栗栖溪引水工程佈置圖 二、工程地質 2.1 地質調查 本工程於可行性研究階段及基本設計階段，除了地表地質調查外，所施作之地質調查工作如表一所示。 表一、新武界工程地質調查工作數量一覽表 調查階段 調查地區 地 質 鑽 探 地 球 物 理 震 測 孔數 總鑽深度 ( m ) 測線數 測線總長度 ( m ) 可行性研究 DB工法隧道 11 420 19 3680 基本設計 TBM工法隧道m ) 4996.5 15370 註：地質鑽探工作包含相關之岩石力學試驗 2.2 區域地質 本計畫位於台灣中部南投縣魚池鄉及仁愛鄉，地質分區屬中央山脈西翼地質區之雪山山脈帶與脊樑山脈帶之西緣。計畫地區出現之岩層屬始新世至中新世，自東（上游）而西（下游）依序為蘆山層（以板岩為主）、眉溪砂岩（以石英質砂岩為主，夾板岩）、佳陽層（以板岩為主）、達見砂岩（以石英質砂岩為主，夾板岩或硬頁岩）、十八重溪層（以板岩為主，夾變質砂岩）及白冷層（以砂岩為主）。估計隧道通過砂岩段所佔之比例約33%，通過板岩段所佔之比例約67%。 計畫區內出現之主要地質構造為梨山構造、地利斷層及武界斷層。梨山構造之屬性於學術界仍有頗大爭議。依隧道沿線之地質調查結果顯示，栗栖溪引水隧道將穿越梨山構造，構造帶附近可能為密集之褶皺破碎帶及湧水帶。地利斷層及其伴生斷層可能於九族文化村附近與隧道相交，含破碎帶、斷層泥及斷層角礫為主。武界斷層係由航照線型研判而得，斷層附近之地表露頭並未發現擾動之跡象，惟舊武界隧道施工期間曾於該線型附近遭遇湧水，但無遭遇斷層之敘述，研判可能為破碎帶或湧水帶。 2.3 TBM鑽掘隧道.3.1 隧道沿線地質 本TBM鑽掘隧道Sta.3k+089至10k+354之間，全長約7.3公里，全區並無重大地質構造線通過。其中Sta.3k+089至9k+568間（約佔89%）隧道段穿越佳陽層；Sta.9k+568至10k+354間（約佔11%）隧道段穿越達見砂岩層。其地質特性分述如下，如圖二及表三所示： 圖二、TBM工法隧道沿線地質剖面圖 表三、TBM工法隧道沿線地層一覽表 地層 佳 陽 層 達見砂岩 岩性 描述 砂岩或砂質板岩，劈理常呈劇烈褶曲現象及轉折構造 砂岩或砂質板岩，劈理常呈劇烈褶曲現象及轉折構造 中至粗粒石英砂岩與板岩或硬頁岩薄互層 單壓強度 (kg/cm2) 93 ~ 176 607 ~ 1200 152 ~