隧道工程内軌道變形之相互安全對策實務探討

為避免鐵路軌道工程因土建隧道結構變形所導致之軌道變形,產生意外事故之潛在安全顧慮,特別針對軌道運輸上隧道與軌道間相互安全處理之對策,作一廣泛性之探討,並依實際軌道相關經驗及其他地区軌道安全養護規定,配合隧道設計作一整體歸類分析,將以台北捷運系統隧道結構及軌道系統為實例說明,最後做出建議與結論,因相關此類題材之論文並不多見,故希冀能給予海峡兩岸的隧道及軌道界未來實務執行時有所幫助。     

高速公路礫石隧道設計之探討

礫石隧道之設計施工與岩石隧道有著明顯的不同,如在岩體分類方面無法使用岩石隧道常用的南非CSIR-RMR及挪威Barton-Q值之定量評估方法.另其工址調查也常因粒徑及採樣不易,無法進行室内試驗而影響力學參數的評估.近年來雖有部分礫石隧道個案完成,然而礫石隧道所估比例仍屬稀少,因此礫石隧道之施工經驗仍較缺乏,對於高速公路等級而言更是首例.由於礫石隧道地質之特殊,致隧道設計之前應對台灣礫石地層之成因及類型等有基本認識,充分瞭解礫石層之地質特性與力學性質,才能進一步探討礫石隧道之相關課題.首先針對上述因素加以探討,然後以一礫石隧道設計實例來說明設計之實際考量及過程,最後進行隧道之支撐設計及數值模擬比較,俾供後續類似地層設計之參考.     

高速公路礫石隧道設計之探討

礫石隧道之設計施工與岩石隧道有著明顯的不同,如在岩體分類方面無法使用岩石隧道常用的南非CSIR-RMR及挪威Barton-Q值之定量評估方法.另其工址調查也常因粒徑及採樣不易,無法進行室内試驗而影響力學參數的評估.近年來雖有部分礫石隧道個案完成,然而礫石隧道所估比例仍屬稀少,因此礫石隧道之施工經驗仍較缺乏,對於高速公路等級而言更是首例.由於礫石隧道地質之特殊,致隧道設計之前應對台灣礫石地層之成因及類型等有基本認識,充分瞭解礫石層之地質特性與力學性質,才能進一步探討礫石隧道之相關課題.首先針對上述因素加以探討,然後以一礫石隧道設計實例來說明設計之實際考量及過程,最後進行隧道之支撐設計及數值模擬比較,俾供後續類似地層設計之參考.     

長隧道災害應變及救援作業探討--以北宜高速公路雪山隧道為例

以火災時消防搶救活動時間之程序,分就進入長隧道途徑與事故救援及分工,建構火災搶救之應變方式,並探討各工作執行單位有效掌握隧道火災發生前、火災初期應變能力與持續擴大時應變能力等不同階段之影響因素。以台灣北宜高速公路雪山隧道(長12.9km)為例,探討其災害應變及救援作業,供營運管理單位於各類災害(特別是火災)發生時,迅速反應、統一指揮及快速救援,以減少人員傷亡及災害擴大。同時,基於長隧道火災境況,提出隧道消防設施設計規劃建議。     

潛盾隧道液化評估及抗液化對策之探討

液化對潛盾隧道之影響及設計檢核内容,一般包括液化時上浮之穩定性、震後產生之不均勻沈陷及環片因液化引致之額外應力等。整理目前工程寅務上常用之分析方法,並探討各分析方法之限制及待研究突破之問題點;整理台北、高雄捷迎潛盾隧道段抗液化處理對策及各項處理對策之優缺點,建議可行之抗液化處理對策,以供爾後類似工程之參考。     

台灣東部鐵路單軌隧道開挖支撐互制行為之探討

為利用收斂圍束法理論及新外顯示分析模式,以台灣東部鐵路變質岩隧道群之收敛計測資料為依據,藉由計測資料回歸分析而獲得相關模式參數,進而模擬變質岩隧道開挖變形行為及岩體結構間之互制行為。介紹了收斂圍束法理論和外顯示分析模式以及台灣東部鐵路單軌隧道群之工程案例分析等,獲得了隧道前期位移量、無支撐距離位移量、岩體彈性模數、結構支撐應力和縱剖面變形曲線等之預估與計算。     

土層性質對潛盾隧道襯砌環片設計之影響

潛盾隧道襯砌係由環片組合而成,因此襯砌環片混凝土強度及厚度對於潛盾隧道安全意義重大。针對土層性質、潛盾隧道埋置深度等因素對於隧道襯砌環片受力之影響進行有限元法數值分析模擬探討,從而歸納建議襯砌環片初步設計時應有之合理厚度及強度,為潛盾隧道設計與施工提供合理之參考依據。     

侧压力系数对隧道衬砌力学行为的影响分析

利用奥地利岩土工程分析软件FINAL,考虑岩土的弹塑性性能,分析了侧压力系数变化对隧道衬砌力学行为的影响程度.计算中考虑了锚杆的作用和地下洞室开挖时的应力释放问题.结果表明合理变化范围内的侧压力系数对隧道衬砌内力和位移的影响程度在15%左右.     

节理岩体中隧道开挖与地震作用下围岩的稳定性

节理、断层等不连续面的存在造成岩体变形的不连续性并且这些不连续面对岩体变形、应力等力学行为造成重要的影响。在地震的作用下节理而可能张开、滑移。在有临空面时，节理岩体将表现出显著的几何非线性和大变形。对已有的非连续变形分析程序进行了改进，应用改进的程序模拟了节理岩体中隧洞开挖的过程以及地震荷载作用下隧道围岩的动力响应，并模拟了围岩的失稳和破坏过程，这有助于了解节理岩体中隧道围岩的变形和破坏机制。从计算结果可以看出，非连续变形分析方法可很好地模拟节理岩体中的隧道开挖过程以及地震荷载作用下围岩从稳定、失稳到破坏的全过程。     

节理岩体结构面连通性研究及其应用

岩体结构面通过几何学和力学两方面影响岩体稳定性。因此，可将结构面连通性研究分解为2类问题：（1）反映空间方位效应及岩体水力学特性的几何学连通性；（2）反映岩体强度的力学连通性：从两方面能更全面的反映岩体结构面的工程性质。首先采用单测线法对节理岩体结构面进行统计测量，对获取的结构面的产状和迹长进行取样偏差校正和蒙特卡洛模拟，从而形成结构面网络模型。然后，对网络模型进行分析与计算，得到结构面在几何学意义上的连通性：并由网络模型寻求真正的优势控制性结构面。最后，以此类优势结构面为基础，与其他随机结构面进行耦合分析，结合岩桥破坏机制，运用动态规划方法搜索抗剪力最小路径，得到更符合工程实际的结构面在力学意义上的连通率。     

黄土地下隧道开挖对周围土体变形的影响分析

以西安地铁一线工程为背景,基于黄土力学参数,运用岩土工程数值分析软件FLAC3D,进行了黄土地层地下隧道开挖对周围土体变形影响的计算机模拟分析。根据黄土场地的实际条件,建立了隧道的计算模型,利用FLAC3D程序,模拟了黄土隧道开挖过程中前期支护条件、后期加固措施等因素对隧道内部地表、拱顶、侧墙以及地上建筑物沉降的影响程度和塑性区、位移的分布规律。可为黄土地区的地下工程建设提供一定的参考。     

万开高速公路穿越煤系地层的隧道围岩蠕变特性的试验研究

使用XTR01型微机控制电液伺服试验机，采用梯级加载法，对煤岩进行了三轴蠕变试验。利用五参量的西原模型，探讨了与时问有关的煤岩三维蠕变本构方程，全面反映了煤岩真实的三阶段蠕变试验规律。利用最小二乘法对蠕变试验结果进行了分析，获得了有关煤岩的流变力学参数，理论分析结果和试验结果对比表明，两者之间具有较好的吻合性。     

节理岩体中隧道围岩变形特征分析

金鸡山隧道是国内首例双向八车道连拱隧道,隧道区域内节理发育,围岩破碎,隧道围岩位移受节理展布特征影响显著。通过对施工中中导洞开挖掌子面、区段断面及其它出露区域节理的采集,利用统计分析方法对隧道正洞区域内的节理展布预测。在此基础上,利用自行编制的非连续变形分析计算的断续节理扩展过程的模拟算法,对金鸡山隧道的位移特征进行分析。结果表明,金鸡山隧道在2组节理作用下隧道围岩位移以竖向位移为主,且最大位移发生在外侧拱肩部位,研究成果为隧道施工中支护加固提供依据。     

2003年台灣高速鐵路長隧道施工現況

台灣高速鐵路建設計畫是目前世界上由民間公司與政府合作投资、金額最大的公共工程建設,自1998年7月簽約以來,民間投資者台灣高速鐵路公司已陸續完成路線土建工程、車站建築工程、軌道工程、核心機電系統及總機廠與維修基地工程等之發包與採購作業,正全面展開設計與施工。截至2003年9月止,整體計畫之计價進度為50％,預定2005年10月完工通車。就高速鐵路5座山嶽長隧道施工之地質狀況、採用工法及執行现況加以介紹;同時,介紹了民間公司發包施工的特點。     

剪胀对地下工程岩体位移的影响——以加拿大Donkin-Morien隧道为例

根据建立的岩石剪胀角模型,分析岩石峰值内摩擦角和剪胀角的关系,得出岩石在零围压时的峰值剪胀角小于并近似等于峰值内摩擦角,并假设岩石和岩体的剪胀角遵循相似的变化趋势,结合Hoek-Brown强度准则和GSI岩体分级系统,实现剪胀角模型从完整岩石到岩体的转化。采用程序语言在FLAC3D中编写岩体剪胀角模型程序模块。以加拿大Donkin-Morien隧道为工程实例,研究围压和塑性剪切应变依赖的岩体剪胀对隧道渐进开挖过程中围岩位移的影响,论证恒定的剪胀角值不能准确表达隧道开挖边界附近的岩体位移,而考虑围压和塑性剪切应变为影响因素的岩体剪胀角模型能够合理描述围岩的位移分布,模拟结果与实际测量值具有很好的一致性。研究成果可为岩体非线性力学行为的研究和地下工程岩体的稳定性控制提供理论和实践基础。     

基于BP网络的隧道围岩位移预测方法

介绍人工神经网络模型法的基本原理与步骤,探讨了隧道围岩收敛监测数据与人工神经网络间的联系,并建立了基于人工神经网络的隧道围岩收敛预报模型。以工程实例为背景,对隧道围岩的收敛变形进行预报分析。研究结果表明:BP网络预测值与实测值吻合程度很好,完全满足工程及控制的要求。     

台灣水利隧道工程TBM開挖首次貫通案例

新武界隧道及栗栖溪引水工程之隧道總長約16.5km,興建完成後將為台灣最長之水利隧道。其中,中游段之引水隧道艮約7.8km,因推估地質均質尚佳且無明顯之剪裂帶或斷層带存在,並為考慮縮短工期、降低對環境之衝擊、減少勞工需求及提昇台灣隧道工程施工技術等因素,決定採用安全且一貫連續快速作業之隧道鑽掘機(TBM)開挖施工。施工期間,於2001年11月份創下659.3m／月之台灣最快鑽掘紀錄,其後雖曾遭遇局部岩盤破碎或異常擠壓等不良地質,以及遭受桃芝颱風之暴雨肆虐成災,然於採取適當應變措施及處理得宜下,TBM終於克服困難並持續順利鑽掘,且於2002年6月7日成功貫通,完成鑽掘工作,為台灣隧道工程首次以TBM貫通案例,且達到最佳平均月進度(315m/月)及最大鑽掘長度(6523m)之新里程碑。