第30卷增刊1 2010年8月隧道建设Tunnel ConstructionVol．30Sup．1Aug．2010隧道工程技术之发展与应用侯秉承，黄崇仁，李民政，李怡德，张博翔（中兴工程顾问股份有限公司，台北）摘要：针对台湾近10年来之重大山岳隧道工程进行概述，并分析近期隧道工程所面临之挑战，继而就所衍生之相关课题及相关隧道技术发展进行探讨，最后展望台湾未来隧道工程之发展趋势。
关键词：隧道工程；岩体分类；衬砌中图分类号：U45文献标志码：A文章编号：1672－741X（2010）增刊1－0015－09Development of Tunneling Techniques in TaiwanHOU Pingcheng，HUANG Chungren，LEE Minchen，LEE Yithe，CHANG Pohsiang（Sinotech Engineering Consultants，Ltd．，Taipei）Abstract：In this article the major tunneling works implemented in Taiwan in the last10years are generally described and the challenges recently faced by the tunneling are also analyzed．Then，the derivative topics and related tunneling technology are studied and discussed．In the end，the future trend and the vision of tunneling development in Taiwan are given．Key words：tunnel engineering；rock mass classification；lining0引言台湾人口稠密，土地资源有限，为有效利用地下空间，故公路、铁路、水利与水力发电等工程建设多包含有相当比例的隧道工程。
回顾台湾之隧道工程发展，从1891年完成之狮球岭隧道开始，到新近贯通的国道五号高速公路雪山隧道工程为止，已有逾百年之历史，完成的隧道总长超过800km，在面积狭小的台湾，隧道密度达世界之冠。
自20世纪80年代新奥工法（NATM）引进台湾以来，隧道工程即朝向更为经济且安全的方式进行设计与施工。
近年来，随着政府致力于各项基础建设开发，加以平原区开发渐趋饱和以及施工用地取得日渐困难等因素，隧道工程建设乃如雨后春笋般于台湾各地积极展开。
1隧道工程案例台湾过往40年主要之隧道工程案例见图1，近10年（1999—2009）已完工或施工中的山岳（硬岩）隧道（即不含都会区的软土隧道）则大致可分为下列4大类型（参阅表1）。
1．1铁路隧道近10年完成之铁路隧道，以高速铁路隧道群为代表。
台湾高速铁路北起台北车站，南迄高雄左营，全长约345km。
其中隧道群共计46．7km（约占14%），总图1台湾主要隧道工程案例分布图Fig．1Major tunnels in Taiwan since the late1970’s收稿日期：2010－06－12；修回日期：2010－07－22作者简介：侯秉承（1950—），男，1973年毕业于台湾大学地质系，学士，现任副总经理。
E-mail：pchou@mail．sinotech．com．tw。
表1台湾过去10年山岳隧道代表案例Table1Major tunnels in Taiwan in the past10years 隧道类型代表案例公路隧道1）国道5号公路隧道群；2）国道6号公路隧道群；3）东西向快速道路隧道群铁路隧道1）高速铁路隧道群；2）新北回铁路隧道群水利隧道1）员山子分洪隧道；2）曾文越域引水隧道水力发电隧道1）龙门核四循环冷却水出水道工程；2）碧海头水隧道；3）新武界引水隧道计共48座山岳隧道。
采明挖覆盖工法施工者6座，总长4．3km；钻掘工法施工者42座，总长42．4km。
其中长隧道（超过2km）共有5座，由北而南分别为回龙隧道2．2km、林口（龟山）隧道6．5km、湖口隧道4．3km、苗栗隧道3．1km及八卦山隧道7．4km，合计长23．3km，上述隧道均为该建设计画之要径工程。
1．2公路隧道1）国道5号公路隧道群。
国道5号公路，又称北宜高速公路，或蒋渭水高速公路，主线已于2006年6月16日通车。
国道5号起自台北市南港地区，终点在宜兰县苏澳镇，主要分为南港头城段及头城苏澳段；前者经过山岳丘岭区，后者则通过平原路段，故隧道群均集中在南港头城段。
沿线共包含5个隧道群（总长20．1km，占全线长度36．55%），除雪山隧道另设有导坑，为2主坑、1导坑之隧道群，以及乌涂隧道东行线为3车道之外，其余均为双孔（各）双车道之隧道。
相关统计资料详见表2。
表2国道5号隧道群统计资料Table2Tunnels of No．5National Expressway隧道名称长度/m 断面尺寸/（mˑm）形状施工法南港隧道东行线45510．80ˑ8．75马蹄形钻炸法棚架式明挖隧道89西行线45510．80ˑ8．75马蹄形钻炸法石碇隧道东行线269710．80ˑ8．75马蹄形钻炸法西行线272010．80ˑ8．75马蹄形钻炸法乌涂隧道东行线21614．40ˑ9．63马蹄形钻炸法西行线24810．80ˑ8．75马蹄形钻炸法彭山隧道东行线386110．80ˑ8．75马蹄形钻炸法西行线380610．80ˑ8．75马蹄形钻炸法雪山隧道东行线12900TBM： 11．80圆形全断面钻掘机西行线12900D＆B：12．50ˑ12．64马蹄形钻炸法注：隧道断面尺寸系指隧道宽度及高度，均含内衬砌厚度。
2）国道6号公路隧道群。
国道6号公路，又称中横高速公路，横跨台湾中部地区，主线已于2009年3月21日通车。
路线起点在台中雾峰，终点位于南投埔里。
埔里端尚预留未来延伸至花莲的可能性。
目前已成为台湾东西向相当重要的一条运输廊道。
全线共包含3座隧道（总长4．2km，占全线长度11%），自西而东分别为国姓1号与2号隧道及埔里隧道，均为双孔（各）双车道之隧道群。
各隧道之相关统计资料详见表3。
3）东西向快速道路八里新店线五股八里段观音山隧道。
东西向快速道路八里新店线五股八里段，自八里乡台北港直通国道1号五股交流道，全长13．7km，于2009年1月16日通车。
其中观音山隧道为一双孔（各）双车道之隧道，相关数据详见表4。
由于沿线遭遇自立性不佳之砾石层、软岩或砂、砾岩交互出现之复合地层（图2）；因此，施工上有别于一般之钻炸法，主要采机械工法进行开挖。
此外，其岩体分类方式，亦选用由工程会推广、中兴公司负责统筹开发的“台湾岩体分类系统”（PCCR-system），如表5。
表3国道6号隧道群统计资料Table3Tunnels of No．6National Expressway隧道名称长度/m断面尺寸/（mˑm）形状施工法国姓1号隧道东行线246411．84ˑ9．2马蹄形钻炸法西行线244711．84ˑ9．2马蹄形钻炸法国姓2号隧道东行线53511．84ˑ9．2马蹄形钻炸法西行线48011．84ˑ9．2马蹄形钻炸法埔里隧道东行线130911．84ˑ9．2马蹄形钻炸法西行线126611．84ˑ9．2马蹄形钻炸法表4观音山隧道相关数据Table4Basic data of Kuanying Mountain Tunnel隧道名称长度/m最大坡度/%平均开挖断面积/m2最大覆盖厚度/m 观音山隧道东行线2590+1．900西行线2365．5+1．462100150表5观音山隧道岩体分类系统Table5Rock mass classification system of Kuanying Mountain Tunnel岩体级别分级标准胶结程度地质材料组成C岩类CⅡ（S）胶结程度不佳或疏松（大拇指可压出凹痕）砂含量＞50% D岩类DⅡ（G）DⅡ（M）胶结程度良好或尚可（需以地质锤方能将块石或砾石敲落）块石、粗颗粒（大于4号筛）之含量＞75%或相互接触块石、粗颗粒（大于4号筛）之含量50% 75%或相互不接触61隧道建设第30卷图2观音山隧道复合地层照片Fig．2Composite layer of Kuanying Mountain Tunnel 1．3水力发电隧道日月潭为一离槽水库，其水源主要仰赖原有之武界隧道引取武界坝上游浊水溪溪水，负责供应明湖、明潭等5座抽蓄与传统发电厂之发电，以及周边乡镇所需民生与灌溉用水。
惟原有武界隧道已不堪使用，故新建隧道将浊水溪上游支流栗栖溪之溪水一并引入日月潭统合运用。
新武界引水计画系连结原有武界坝、新建栗栖坝及日月潭之越域引水工程（图3），隧道总长约16．5km，由4段隧道组成。
其中C横坑至木屐栏溪段采用TBM开挖，余采用D＆B开挖。
本工程TBM采用美国Robbins公司制造之开放型TBM，顺利钻掘6523m之长度，于2002年6月7日贯通，为台湾首次TBM贯通案例。
1．4水利隧道员山子分洪隧道［1］（图4）位于基隆河上游瑞芳镇境内，主要功能为洪峰时将基隆河上游多余洪水量排放入东海，以降低河道下游水位1 3m。
本工程分洪路线全长约2．8km，其中隧道部份约占2．5km，隧道为12m内径之圆形断面，以200年洪水重现率为目标，设计分洪量达1310m3/s，为世界少见之分洪规模。
该工程采统包方式执行，运用丰富之经验及优异之技术克服水理（无人操作自动分洪）、地质及环境因素，以12个月快速贯通2483．5长170m2大断面隧道，并于贯通后一年完成衬砌，达成原定2005年10月分洪目标。
兹汇整该工程重点课题如下：1）隧道沿线地质条件差，遭遇断层、扰动带、煤层与废煤坑，为预先了解隧道前方地质状况，施工期间钻设前进探查孔，并进行隧道内震波探测（TSP）、反射断层摄影等相关地质探查作业。
2）本工程200年频率洪水时之隧道内流速为17m/s以上，含砂质量浓度高达6．978ˑ10－3kg/m3。
为防止分洪期间所夹大量泥砂之高速水流对隧道衬砌产生过度摩耗，所采衬砌混凝土之强度提高至450kg/ cm2，并以200年使用年限之总磨耗推估量为基础，于隧道衬砌流水面设置磨耗层，衬砌厚度70 100cm，藉以保护主体结构不受损害。
3）本工程为避免所采高强度混凝土因配比中水泥含量过高，大量水化热产生温度裂缝，故采用高炉石混凝土。
而针对炉石粉置换率，本工程以置换率25%、45%及55%之混凝土配比进行试拌，并决定采用45%炉石粉置换率之配比，其可符合衬砌混凝土28d龄期强度之要求，并可满足隧道衬砌16h拆模所需之强度。