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前交通部國道新建工程局局長,現任台船董事長鄭文隆(圖截自台船官網)
 
特殊的地質條件
 雪山隧道施工遭遇困難後,外界對於本工程的批判常著眼於工程地質調查做得不夠多。事實上,檢視臺灣所有大型工程計畫中,雪隧所做的地質調查是最多且最完整的,其地質調查費用佔總工程經費的1%。從圖三雪山隧道地質圖中可以發現自坪林起迄頭城端,雪隧經過各類不同的地質種類及構造。相對於英法海峽隧道,其通過的地質條件皆是相同的白堊土,以TBM施工參數設定而言,只要進行單一設定即可;反觀臺灣地質狀況軟、硬相間,對於機器之參數設定,甚為複雜且困難。在雪隧地質圖中可以看出雪隧西側之地質條件較為良好,最困難的即為東側之四稜砂岩層(地質圖橘色區塊)。四稜砂岩為臺灣最堅硬岩石,其岩層破碎且含許多斷層,此岩層段長約3,600餘公尺,岩石之石英含量高達82%,強度高達3,000kg/cm2,莫氏硬度在6-7之間。若以鋼筋(莫氏硬度5.5)摩擦四稜砂岩,鋼筋反而會產生磨耗,在這3,600餘公尺之四稜砂岩段,導坑開挖共費時8年,當中有高達885天TBM是處於無法向前推進的狀態。
 
全斷面隧道掘進機(TBM)開挖選用
 八十年代初期,臺灣隧道所能採用之開挖方式大概有下述3種:鑽炸法(Drill & Blast,D&B)、全斷面隧道掘進機工法(Tunnel Boring Machine,TBM)、隧道削掘機工法(Road Header),其中Road Header於北二高建造時引進,但於木柵一帶進行隧道鑽掘後,發現由於該地岩石特性的緣故,Road Header在作業時會揚起大量粉塵,必須噴水降低粉塵,結果造成隧道內泥濘不堪,影響工進甚巨,工程人員便不具好印象,而不再應用。如此便須於D&B與TBM二者間擇一選用。以北二高為例,使用D&B工法每月開挖工進約為31公尺(民國80年間統計資料),相當於一天向前推進1公尺。而TBM在國外開挖工進紀錄中,其最大每月開挖工進為600公尺。當時曾請國際廠商評估雪隧是否適於採用TBM開挖,日本方面給予的回應是「臺灣地質與日本相似,採用TBM開挖的可能性大約50%」,而歐洲方面則認為臺灣使用TBM開挖<隧道是百分百沒問題的。在當時,評估者以D&B工法,因雪隧西側恰為水源區,必須採用由東側開挖方式,則整體需時甚久才能打通,此與國人之期待差異太大,因此,幾經評估,在政策催促儘早完工的壓力,以及歐洲工程師的認可下,於是以TBM作為雪山隧道主要挖掘方式終於定案。
 
TBM施工遭遇困難及因應改善方案
 雪山隧道開挖方向之選擇為由東側開始向西側推進,原因有三,其一為雪山隧道左起坪林右至頭城出口,其坡勢走向為由西向東降坡1.2%(圖三),為自然排水之便;其二為西側隧道口緊鄰翡翠水庫水源區,需儘量避免水源區汙染;其三為TBM組裝與環片製作需要足夠之腹地(坪林側工作空間過小)。基於上述原因,故雪隧施作規劃為由東向西單向施作。當時雪隧規劃總長度為12,942公尺,若以民國80年北二高23座隧道平均月進度31公尺為基礎,加計各式改善及改變,估計雪隧單向施工至貫通需費時23年。當時交通部張建邦部長希望在吳沙開發蘭陽平原200周年慶時將雪隧完工,即是要在6年內完成如此艱鉅的任務。在當時國際上長隧道採用TBM開挖的案例,其一個月最高紀錄約莫推進600公尺,依此工率推算,雪山隧道僅需約3年即可完工,應可以達成6年內完工之要求。但人算不如「地」算,理想與現實之間終究存在著差距,且是巨大的差距!
 民國80年雪隧正式動工,當時雪隧位列世界第三長公路隧道,十五年後完工時,因加入挪威及中國大陸的長隧道而列世界第五,對於隧道工程而言,隧道越長施工困難度越高,所需投入通風及安全設施的經費也越多。
 雪隧在施工過程中所面臨最大的問題即是「湧水」與「岩層破碎」兩大問題,湧水壓力過大會造成岩層灌漿不易;開挖面破碎則容易造成TBM切削機頭阻塞卡機,以致TBM無法向前推進並受岩層變形而鎖死TBM機頭,此時則需挖掘迂迴隧道至TBM機頭將阻塞物清除,才能恢復開挖動作。
 因TBM製作時程需等待17-19個月,故在等待TBM來臺期間,雪山隧道先採用D&B於隧道東端施作,一方面為有效運用等待的時間,另一方面則是為了提供TBM進入隧道時,有穩定的入口段(圖四)。初時導坑東側推進工率為每天1公尺,工作人員共計700餘人。
 
圖四 工程施作原始方案

 
 民國85年北上線主坑崩坍造成TBM損毀埋沒,隧道回崩將近80公尺,造成工作人員1人死亡,傷員數名。當時湧水量高達750公升/秒,因估算TBM修護費用為15億元,慮及原機採購金額為10億元而已,故決定將北上線TBM放棄,改採用鑽炸法(D&B)進行開挖工作。民國88年間復提出開挖2號豎井(深度250公尺)至隧道主線,藉以增加工作斷面。2號豎井在將近1年的時間過後(挖掘工進為1公尺/日),於民國90年完工,成功新增開挖斷面。圖五為民國88年於北上線隧道藉由2號豎井新增開挖斷面之施工改善方案規劃圖。
 
圖五  工程施作改善方案
 
    雪隧工程從開始施工到全線貫通,共計耗時13年,回顧整個施工歷程,大致可分成四個階段,即摸索困頓、面臨崩盤、信心回復及全力衝刺四個階段。
 
第一階段:摸索困頓
 國工局於民國79年1月5日成立,雪山隧道之導坑在80年間啟動開挖,主坑則在82年開始開挖,於民國80年初至84年底之間,導坑隧道使用D&B開挖了522公尺,導坑TBM開挖推進1公里長,總長約1.6公里,在這段過程中導坑TBM面臨10次受困,其中第9次最大湧水量高達150公升/秒,在所有阻礙過程中,第10次最為嚴重,受阻時間長達7個月。當時國工局將主力大多關注於國道3號工程中,對於雪隧施工困難則尚處於摸索試探階段。
第二階段:面臨崩盤
 於民國85年初至87年初之間,雪山隧道開挖受阻於四稜砂岩段與上新斷層交錯之區域(圖三右側橘色區塊凹槽處),也是在此區段面臨雪隧施工最嚴重坍崩,回坍將近80公尺。在此災變中,林姓工地主任發現災變徵兆時,立即命令所有人員撤離,當確認所有人員已經完成撤離後,不料林姓工地主任自己卻來不及逃離,不幸在此次災變中罹難。
 隨著工程進度的受阻與牛步化,以及媒體的大幅刊登及披露,外界對於雪山隧道工程出現許多批評的聲浪,如解約重開國際標、廢線等之議、對本計畫執行過程有不滿之人士,均跳出來中傷與詆毀,充分展現事後諸葛亮之能耐,此外,國工局還需面對檢調趁機進場的困擾,以及立法院、監察院之關切及責難,行政系統的信心在此情況下,幾乎全面崩盤。
第三階段:信心回復
 民國87年初至91年初之間,工程人員面對雪山隧道的各式災變、卡機等狀況,從起初的懼怕至經驗的累積,建立出了一套對於各種事件處理的標準作業程序,並發展出「近灌遠排」策略。對於四稜砂岩段所面臨的地質破碎與高壓湧水,工地實務改採用「近灌遠排」策略。所謂「近灌遠排」其實就是老祖宗過往所採取之治水方略「圍堵」與「疏導」,對於距開挖面較遠之地下水先採用疏導(排水)降低水壓,於開挖面較近之地下水利用灌漿使開挖區段固結,即「錐形灌漿」策略。「錐形灌漿」工序為 排水(降壓)→灌漿(30公尺)→開挖(10-15公尺),依此工序逐步輪進,如圖六所示。
圖六 錐形灌漿圖
 
 民國87年後,國道3號逐漸完工,其各路段陸續通車,得以宣洩國人對北宜高速公路之關注壓力。再加上國外專家紛紛表示認為雪山隧道是當時國際間最困難的地下工程,因此行政院也逐漸瞭解到雪山隧道工程的困難性,下令榮工處將雪隧工程視為任務處理,工程人員在此時逐漸恢復了信心。
第四階段:全力衝刺
 民國91年後,隨著雪山隧道開挖工作逐漸貫通長達3,600公尺之四稜砂岩段,並且在當時時任行政院院長游錫堃先生的協助下,使得榮工處(退輔會)與國工局(交通部)之合約問題,循著工程會在採購法的框架而逐漸解套。隨著2號豎井成功增加D&B開挖斷面,工地使用螞蟻雄兵策略,大幅增加人力機具,使工作效率大幅提升,讓雪隧工程進行,猶如「倒吃甘蔗」,慢慢體會到先前辛勞所獲得之甜美果實,南下線TBM曾創下每月開挖進度達360公尺佳績,鑽炸法施工亦順利進行,創下每月124公尺的紀錄,終於民國93年全面貫通,再加二年內裝修,於95年完工通車。
 
廢標之議
 民國85年底,北上線發生大崩塌事件,對工地士氣造成甚大影響,連榮工處內部都瀰漫失敗主義,甚至有人希望國工局主動解約,以減少榮工處之損失。而另一方面,由於輿論一面的譁然及各級民意代表不斷的批評,導致交通部也不斷要求國工局檢討合約對象能力,要求國工局終止委託榮工處,另開國際標接續完成工程。國工局在審慎檢討後,認為在當時那種狀況下,若中止合約,重開國際標,除將導致天價決標,甚至有可能沒有國際工程團隊敢來投標。重開標的情況可能更糟,不如協助榮工處繼續施作,以其為國家最大工程單位,榮工處內部必然會有諤諤之士及優秀工程人員願與國工局共同去面對及完成本歷史性艱困的工程,在此理念下,國工局並不同意交通部的意見,始終未採取解約行動,最後證明這個堅持是正確的。<待續>
 
前交通部國道新建工程局局長
現任台船董事長鄭文隆口述
林新華整理記錄
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