曾文水库越域引水计画隧道TBM工程.ppt

曾文水庫越域引水計畫隧道TBM工程 困難地質處理,陳昭旭1 陳奎秀2 1國立成功大學資源工程學系，教授 2中興工程顧問股份有限公司，工程師,摘要 隨著山岳隧道功能需求與施工的演進，在隧道開挖之工法中，已有大斷面、自動化之高功率機具發展。但台地質複雜多變，且隧道工程中採用TBM（全斷面隧道鑽掘機）於山岳隧道內的案例不多，目前成功更僅有2例，如在地質惡劣段未及時正確研判與處理，即會造成TBM鑽掘夾埋或湧水受困狀況，影響隧道工進與安全。 本文將以TBM鑽掘的曾文水庫越域引水工程案例，來探討說明該案例遭遇崩落性岩盤時，所做的相關處理方法，以供日後類似工程之參考。 前言 有關TBM（全斷面隧道鑽掘機）工程在台灣山岳隧道成功案例中並不多，原因於台灣地質多變複雜，不易掌握前方正確地質狀況，尤其以密閉形式機型，更會因無法直接目視前方開挖面地質條件來判斷，在有限條件下，只能以TBM機械數據及TBM前方地質探查來做判斷、分析，因此如何掌握開挖的地質性質，以有限的地質資料來進最有效率的鑽掘，以最迅速且最有效的輔助工法來進行處理各種特殊地質狀況，提升掘進效率，是格外的重要。,曾文水庫越域引水計畫隧道TBM工程案例 TBM工程簡介 本文曾文水庫越域引水隧道工程，全長14388.6m，含東引水隧道及 西引水隧道。其中東隧道西段採用TBM隧道工法。 東隧道西段採用TBM隧道工法，內徑5.46公尺之圓形斷面機型以單盾型泥水 加壓式TBM來掘進，主要功能設備為掘進系(TBM)、泥水循環系統、環片組裝 系統、材料輸送系統、灌漿系統及前進地質探查鑽孔，預計規劃掘進長度為 46km。,工程平面配置圖,TBM設備圖,工程地質 東隧道西段地質以砂岩及地質頁岩為主，前方2km將遭遇老人溪向斜與老人 溪背斜。此地帶可能會遭遇大量湧水及有害氣體湧現。經過褶曲段後，約4km 處隧道將通過高岩覆地層，其最深岩覆約1,300m，極可能遭遇擠壓性地盤及高 地溫狀況。,TBM受困 TBM受困原因分析 本段TBM工程，發生主要原因於在掘進1622.5m之長度時，發現前後盾身遭岩盤外力影響遭束縮而無法推進，在以50000kN之最大總推力推進下，仍無法使TBM推進，檢查後發現切削面盤並並無被岩盤夾埋，是可以動作，但盾身卻無法向前推進，後續採取將盾身外圍以高壓水沖洗、灌注滑材、調整中折角度、調整前撐後撐千斤頂、追加千斤頂等多種方式進行脫困，但仍無法使TBM脫困掘進。據推測研判為前胴及後胴摩擦過大所造成的。為減輕摩擦，檢討後決定使用上部擴挖的方式、以導坑開挖至削刀頭上部的方式來解決TBM受困之情形。,TBM受困區域之地質分析 TBM在受遇受困位置後前方開挖面地質狀況，發現是砂岩及頁岩互層，且頁岩表面呈現出破碎狀態，層面位態於開挖方向為往前傾斜（與水平方向交角40方向），且確認到開挖面有崩情形。且TBM與岩盤間隙狀況也已無間隙，削刀頭周圍及前後盾身已全部被破碎岩盤所覆蓋及填塞，因此最後在開挖面確認中，研判為軟硬岩盤相互夾層且破碎產生岩盤磨擦力大於機體摩擦，造成TBM掘進時摩擦力過大，而無法掘進。,TBM上部擴挖開挖施工,由於TBM遭遇束縮無法推進後，怕機體停留時間過久，造成切削刀盤及機身遭受更嚴重的擠壓。為減少摩擦，本案針對上部擴挖的方式、以側導坑開挖至削刀頭上部的方式等施工方法進檢討，決定以上部擴挖方式來解決TBM受困問題。,一、準備工作 1、作業平台之整備 2、環片岩栓的打設作業及環片拆除作業 3、TBM週邊地質調查 (於TBM周圍取岩心),1、作業平台之整備,2、環片岩栓的打設作業及環片拆除作業,為補強未拆除之環片斷面的穩定性，使用岩栓(補強來穩定環片的支撐性),3、TBM週邊地質調查 (於TBM周圍取岩心),為了解TBM無法掘進之原因以及掌握上部擴挖施作時的岩盤安定性之目的，將依下圖所示在機體上部週邊實施各種地質調查(取岩心2010m)，以掌握包括前方開挖面在內的TBM 機體週邊之地質狀況 。,二、漸變段及標準段開挖及支保作業 1、漸變段及標準段開挖,2、先撐工法作業 3、TBM再掘進之開挖面保護對策,4、上部擴挖回填作業,五、結語 此次TBM受困事故是事前無預之情況下發生的，經過機體周邊的地質調查、分析資所得到的結，主要原因為機體摩擦急遽上升所造成的，為岩盤崩弱及碴料阻塞空隙處，而使開挖空隙的效果減少，造成大於機體過高之摩擦，但是對於在短時間內摩擦急遽增加之現象，應該也無因岩盤的較大荷重作用所造成的可能性。 有此案例可知，山岳隧道所不確定因素是很多無法預期的，在其他案例的TBM在遭遇地質後，有許多是耗費幾個月的時間在進對策及處理，如此的耗費是很可觀的，此次案例雖以3個月的時間得以順利成功完成脫困處理，但如何避免本案T