捷運報導 第241期

工程線上 Status Report

機場捷運線雙圓潛盾機設備之設計考量

( 文/王茂鐘、梁志聰 圖/達欣、清水共同承攬 英譯/楊麗華)

前言

 

機場捷運線以高架橋方式跨越重新橋,並於忠孝橋前以潛盾隧道方式穿越忠孝橋下方進入地下,穿過淡水河河床及兩側堤防進入臺北市區。其中潛盾隧道段採雙圓潛盾隧道(DOT)工法,為國內首次採用。潛盾隧道路段自三重端忠孝橋下至捷運松山線北門站西側,全長1,584公尺,其中穿越淡水河下方長約1,000公尺,因施工性、風險性等之考量,雙圓潛盾隧道(DOT)工法較適合本鑽掘隧道工程。

 

二連型潛盾

二連型潛盾

 

潛盾機設備之設計考量

 

由於DOT潛盾機相較於傳統單圓潛盾機,於機械設備、操作控制等技術面均有所差異,且考量施工環境可能遭遇之狀況,因此必須於潛盾機設備之採購、設計階段即納入考量。

 

綜合本工程經過路段之地質條件、線形規劃、可能危險因子及DOT潛盾機之施工條件,其設計考量歸納如下:

 

一、因潛盾隧道路段之鑽探資料含有腐木紀錄,故潛盾機須考量障礙物處理。其考量重點為:

(一)切刃部之配置

切刃齒採殼形及增加外周先行切刃齒,以有效對流木進行切割成碎片後排出。對於軟弱土層,流木易隨著切刃部轉動而無法切削,且DOT潛盾機是雙刃盤的相對運動,流木卡在機器上的可能性高,是以刃盤之設計,均具左右迴轉同步控制、異常迴轉鎖定裝置、刃盤間最小間隙設定等裝置,以降低刃盤卡住之可能。

 

(二)地質改良

如週遭屬軟弱地盤,須考量以改良地質之方式固定流木。因本工程大部分路段位於淡水河河床下及穿越民房下方,若從地面施作地質改良,其困難度及施工風險極高,盾首灌漿為必要考量。而地質改良之目的在於:(1)固結流木週遭之土壤,以利進行切削。(2)改良土壤之自立性及透水性供人員出艙作業。

 

本計畫潛盾機於外周配置120處注入孔、土艙壁設置44處注入孔及4處鑽機預留孔,其涵蓋範圍可滿足上述所需。

 

二、線形最小曲率半徑277公尺

理論上潛盾機對迴轉半徑較小之線形進行掘進時,必須仰賴超挖以保持姿勢,以本工程R=277公尺為例,超挖量預估達到10公分。為降低因超挖對地表造成之影響(如沉陷等),本工程所使用之潛盾機附中折設備,規劃配置24組中折千斤頂,衝程量340公釐,最大偏向可達左右1、上下0.5,預估超挖量可降低至7公分以下。

 

路線圖

 

三、潛盾機滾轉控制

DOT潛盾機因其形狀]特殊,滾轉偏差會造成環片整體線形較大的誤差。一般傳統單圓潛盾機,係採切刃盤反向迴轉即可修正,而DOT潛盾機則須採特別措施。考量滾轉發生的原因大致有如下三個原因:

 

(一)周圍土體不均勻

潛盾機在推進過程中,土體不均勻會使潛盾機左右產生一力矩差,從而發生滾轉。

 

(二)線形造成之偏差

當潛盾機同時進行上(下)坡及轉彎之推進時,其左右兩側中心會產生一高程差,形成滾轉。

 

(三)潛盾機本體結構配置及精度

潛盾機本體構造左右兩側因配置不同而重量不均勻,或胴體本身於製造過程中外殼發生變形,均會導致施工過程發生滾轉。
 

為有效控制滾轉,本計畫採用之滾轉控制措施如下:

 

(一)滾轉修正用千斤頂

推進用的32組千斤頂當中,其中8組為可斜向推伸,以修正滾轉。

 

(二)局部加強背填

本潛盾設備除於上、下海鷗環片處各有設置自動背填注入管(上側兩組、下側一組)外,另機內附有人工背填設備,可針對滾轉發生配合超挖區,以局部加強背填修正滾轉。

 

(三)偏重修正

潛盾機推進時,利用單邊環片組立機提掛重物(環片),令潛盾機產生一側向偏重,以修正滾轉。

 

除上述設計考量之外,其他設計項目,如:切刃扭力、盾尾強度等,依據地質條件及施工需要進行分析及設計。潛盾機推進過程中,所有相關參數,均整合由掘進管理系統監控。

 

機場捷運線潛盾出發井位置

機場捷運線潛盾出發井位置

 

結語

 

機場捷運線三重至臺北段穿越淡水河之潛盾隧道採雙圓潛盾隧道(DOT)工法,將有助提昇國內潛盾隧道技術,對後續國內隧道工程在施工條件限制或風險之評估,可增加工法之選擇與信心。本局將隨時注意雙圓潛盾隧道(DOT)工法於大臺北地區環境下可能產生之問題,全力予以克服,並詳實記錄各項施工環節,祈能為國內DOT工法建立一完整參考資料。

 

 

The Design of Double-O-Tube Shield Machine for Taiwan Taoyuan International Airport Access MRT System

The shield-tunneling section of the Taiwan Taoyuan International Airport Access MRT System begins from the Sanchong side of Zhongxiao Bridge to the west side of the Songshan line's Beimen Station. The section passing beneath the Danshui River is around 1,000 meters in length. On account of its construction characteristics and risks, the double-O-tube (DOT) shield tunnel machine will be applied for the first time in a domestic construction project.

The DOT shield machine is different from the conventional shield machine in terms of equipment and operation control. To prevent possible disasters from occurring during construction, all potential risks have been taken into consideration at the stages of procurement and design.

The above-mentioned construction method will help improve domestic shield tunneling techniques. Moreover, it will provide an alternative in restricted construction conditions and also help increase confidence in risk assessment for follow-up tunnel construction.


 

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