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                                 第128期:都會區新基礎工程問題  
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‧編者的話~李維峰博士
 
延續地工技術雜誌近期相關主題,包括都市更新、鄰近施工,大型建物基礎開挖等,本期地工技術主題為都會區新基礎工程問題。『新』的定義為以往都會區未曾面對過的基礎工程挑戰,台灣都會區開發初期,基礎工程問題主要為高層建物的施工,探討主題包括深開挖相關的連續壁施工,開挖支撐,以及包括反循環、全套管樁等場鑄深基礎工法。隨後接續第一代捷運系統的開發建設,潛盾施工相關課題,開始成為都會區基礎工程的新挑戰,在此同時,台北車站地下化基礎工程,以及超高大樓如新光三越站前大樓,高雄85大樓,乃至舉世聞名的台北101大樓的基礎工程,也都帶給大地工程師諸多挑戰。

近年來,隨著都會區的擴展與更新,都會區大地工程問題也愈趨複雜化。新的都會區基礎工程問題在基礎設施方面,包括交通動線立體化,例如新舊捷運線交叉,鐵路地下化,高架道路拆建穿越等;在建物基礎方面,則包括了空間限制基礎開挖,特殊建物保護,以及不規則積地形狀基礎設計等新課題。上述都會區基礎工程問題大多具有下列單一或數項特性:1.施工空間受限;2.施工時間與期程受限;3.必須與其他設施或結構物近鄰或交會,甚至共構,風險控管範圍除了工程主體,還須考量關聯結構物;4.每個個案都具有不同情況,不具重複性,必須單獨考量,以及5.工程界面複雜,施工可行性經常為主要考量。

隨著這些複雜基礎工程問題的出現,大地工程師的挑戰也日趨艱鉅,都會區新基礎工程問題已成為台灣除了坡地與耐震課題以外,另一地工技術研討重點。本期主題以都會區新基礎工程問題為主題,絕對不是冀望對相關主題畫上句點,卻比較像是宣告相關地工課題,將成為未來技術發展與學術研究的熱門項目。希望藉由本期文章點出都會區基礎工程研究發展主要課題與趨勢,供工程界參考。

本期總計蒐錄九篇論文,內容涵蓋空間受限之施工案例探討,先進施工技術與工法應用的介紹,應用非傳統工法處理都會區高風險基礎工程項目案例,兩篇捷運工程交會不同結構物之工程實例探討,都會區大型不規則形狀深開挖案例,以及對於近來頗受工程界採用的壁樁、扶壁、地中壁工法使用與成效之檢討。各篇作者皆為相關領域之專家,而撰寫之案例亦為近來工程界重要之里程碑案例,內容精彩豐富。

由中興顧問公司提供之鐵路地下化南港專案明挖覆蓋隧道配合地盤改良改建案例一文,是在壅擠的台北都會區,將既有鐵路廊道向下調整,以期能進一步活化地面空間,本案為典型都會區工程,不但空間受限,還要考量既有交通量的維持與壓縮工期,工程團隊經過通盤考量,提出以利用既有擋土壁配合地盤改良工法進行開挖,省卻了新建擋土壁;並改變施工程序,採用分塊拆除分塊支撐方式,大幅提升施工效率與減少施工界面。為一都會區地下空間改善工程成功利用舊有設施結構,搭配地質改良工法,程工節省時間與施工程序的案例。

而萬鼎公司提供之台電重要輸配電計畫以地盤冷凍工法應用於聯絡橫坑案例之研究一文,是另一個都會區典型之生命線興建工程案例,工程單位於確認高雄地區地質屬於困難處理地質狀況,再考量潛盾隧道聯絡橫坑亦為高風險工項,因而採用了先進的冷凍地盤改良工法。本篇文章詳細敘述了冷凍工法設計考量,高風險工項之風險分析,以及冷凍工法施工中之管理與安全監測分析,為近期對冷凍工法相關技術最完整之論述,而所引用案例也極具代表性,尤其相關地溫量測資料內容詳細完整,為寶貴資料值得參考。

有別於同業介紹工程實例的文章,台灣世曦則是針對以潛盾隧道工法興建捷運地下車站之可行性撰文探討,本篇文章是以現有捷運車站興建多採明挖覆蓋之方式進行,常常造成交通衝擊與施工空間受限的困難,提出另一方向的思考,文章內容完整說明國外最新捷運站體結構型式,以及採用鑽掘隧道施作地下車站的施工方法,運轉模式,以及可能面對的課題與對策。其中對於各類先進大口徑潛盾機、特殊形狀潛盾機,以及相關搭配工法,都有完整介紹,令人耳目一新。

都會區基礎工程問題當然少不了捷運隧道穿越障礙物,台北市捷運工程局與亞新顧問貢獻了兩篇潛盾穿越高架道路與建物基樁工程案例,其中捷運穿越營運中高架道路案例,完整介紹如何切除既有橋梁部分基礎,並施作新基礎之托底工法,相關應力移轉與監測細節,規劃詳實,工程進行管理得宜,為都會區橋梁基礎托底工法施作之經典佳作。文中詳細說明托底工法流程與安全監控規劃,多項步驟為國內首次施工經驗,極具參考價值。

而另一潛盾隧道穿越建物下方基礎案例,則是針對建物樁基礎之切除作介紹,由於潛盾機切削即排除鋼筋混凝土基樁作業屬高風險施工項目,文中詳盡介紹對於既有建物於基樁切除與潛盾通過後之結構分析與大地工程安全評估。尤其對於類似高風險工項安全監測管理執行依據之訂定,有詳盡說明。此外,本篇文章亦完整記錄基樁排除工程細節,尤其地盤改良之規劃設計,施工管理,以及安全確認試驗,完整翔實。另外文中也詳述潛盾出艙切除基樁作業,非常具有參考價值。

而在新技術工法介紹探討部分,國內基樁試驗與行為分析權威台安工程應編者邀請,針對國內日趨盛行之壁樁工法的施工與承載力試驗,特別撰文探討。壁樁工法因形狀特性,於相同出土體積與材料使用下比大口徑場鑄圓樁提供較大之樁周摩擦承載,又可避免不同機具壅擠於同一基地之施工便利性,已成為都會區基礎工法的熱門選項。本篇文章完整比較壁樁與圓樁承載與變形行為差異,分析精闢詳實,為本期絕對不可錯過的重要論文。文中介紹之6000t試樁案例,除了打破國內基樁載重試驗紀錄之外,更是唯一有將壁樁加載至極限荷重的實例,相關工程經驗,對於未來壁樁行為分析與載重試驗操作,極具參考價值。

除了載重試驗以外,磐碩工程也針對地中壁以及扶壁實際工程應用經驗,撰文分享工程界,本篇文章主要藉由狹小基地案例,說明於空間限制下,以扶壁與地中壁應用於深開挖工程可能面臨之設計與施工問題與對策。文章內容對於擋土功能分析,連續壁接頭細部考量等重要議題,都有詳盡分析,而且也佐以實例驗證,非常值得參考。

為了介紹先進灌漿技術於都會區基礎工程之應用,本期也特別邀請日商良基注入營造,以日本都市更新事業重地盤改良技術之變遷實例為題,提供文章,文章對於地盤灌漿技術發展沿革,與技術重點,都有詳盡的介紹,此外,文章也針對幾項新穎的灌漿技術與應用實績,也做了完整的說明,提供工程界,更多、更新的選擇。其中多項新式液化防治地盤改良技術,包括CURVEX,JETCRETE等工法,非常適用於現有橋梁與校舍耐震補強工程,值得工程界參考。

本期文章最後一篇,是由富國技術工程提供的都會區大範圍無支撐開挖工程案例,文章內容針對大規模而且不規則形狀之基礎開挖工程設計與施工管理,有非常詳實與完整的報導。文中亦說明採用不同分析方法分析開挖行為之比較與實際工程應用,對於如何解析分析結果與現場實測資料,有精闢的見解,可供類似案例參考。

誠如本期贈言人高宗正局長所提,都會區新基礎工程問題是大地工程師的四度空間挑戰,本期提供的工程實際案例,無一不是在時、空條件限制下,大地工程師規劃並完成的困難案例,這些案例也說明每一件都會區基礎工程都有其特殊點,也都有其特殊的解決之道,大地工程師在面對相關問題的時候,應該要有更實務以及更完整的調查、規劃、設計與施工考量。而實際工程案例以外的新技術、新工法介紹文章,則是為了提供工程師在面臨複雜都會區基礎工程問題時,更多選擇與更多思考空間。希望藉由本期地工技術的出版,能提供工程界更有助益的資訊。

值本期地工技術出版同時,海峽兩岸兩年一度的地工盛會- 海峽兩岸地工技術交流研討會也於廣州盛大舉辦,感謝台灣世曦與中興工程同仁撰寫研討會與地質之旅紀要,紀錄此一盛會,供地工界回味記憶。

最後,編者要特別感謝作者好友們盛情提供精彩文章,讓本期地工技術完滿充實。還有廣告提供單位,熱情贊助地工技術雜誌。本期地工技術的完稿,是大家共同辛苦努力,與慷慨支持的成果。
 
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臺灣都會區於近二十年之發展至為快速可觀,各大都會區都積極地進行大規模開發與基礎建設工程,包括捷運系統工程興建,超高或大型建物的建造,大型展館或藝文中心建造,社區住宅開發與建設,以及立體交通幹線的構築等。這些相關工程建設的推動,除了有效啟動都會區經濟、社會活動的蓬勃發展,也引發帶動工程規劃設計概念與施工技術的進步。尤其是在地工技術方面,有別於非都會區較為單純與獨立的規劃設計,都會區基礎與地下工程,可說是四度空間的工程,因為都會區大地工程常常必須於交通匯集處,或是高建物密度及人口密度高區域進行,除了必須考量三度空間的相互關聯性與限制外,在時間面向上,包括可施工時間與施工期程也經常受到外在環境的壓縮。當然在此日益困難的都會環境條件下,如何利用高度且具備更彈性的的大地工程技術來克服艱難是極需探索的課題。

近年來,臺灣都會區大地工程技術例如特殊地盤改良工法、壁樁工法、托底工法、以及特殊隧道工法等都有長足而且明顯的進步,很多新穎的設計概念與工法技術在工程師的腦力激盪下也不斷蛻變更新,日新月異,顯現大地工程界已將都會區基礎與地下工程視為重要發展工程主軸。以近期新北市與臺北市興建之捷運工程為例,新建造路線被迫必須面對穿越既有之高架道路結構或地下基礎、橫跨既有捷運路網或鐵路之通道、甚或通過建物地下基礎等多元工程技術課題,已經是家常便飯。再加上考量居民交通與生活功能的需求,相關都會工程規劃設計與施工的思維,早已跳脫一般大地工程師所受的教育與思考模式;如何保護建物與既有設施,如何維持原交通設施功能與居民正常活動,以及如何進行工程之安全管控等四度空間工程之挑戰,都必須應用許多新觀念、新技術,甚至新工法及新材料方能予以克服。當然,相關四度空間都會工程困難的解決,還必須仰賴規劃、設計、施工、以及管理者間完善的溝通與協調,統合多元的工程界面,共同努力,才能順利執行。

於都會區工程建設相關設計概念與技術工法突飛猛進的同時,國內現有大地工程相關之規範與施工準則等法規應用於都會區基礎與地下工程項目仍有許多編修的空間,這當然需仰賴長期於國內從事大地工程專業人員將其寶貴的智慧與經驗來撰輯與傳承。而除了工程規範之外,由於都會區建設工程個案大多具備有其獨特性與複雜性,工程地點又都位於人口稠密之處且與民眾生命財產息息相關,因此工程安全與可行性之審議制度,亦為亟須妥善探討與制定之法規項目。諸多都會區大地工程課題所需配套研訂的法規,仍有待政府主管單位與工程界通力合作,持續努力,迎頭趕上,才能使相關國家建設工作推動更為順利。

本期地工技術雜誌以都會區大地工程為主題,邀請地工界專家針對目前都會區大地工程重要議題、工程案例、與技術瓶頸撰文論述,探討專題涵蓋既有鐵道立體槽化工程,特殊地質改良工法介紹,大型潛盾隧道工法應用,捷運穿越既有結構物基礎案例探討,以及應用壁樁、扶壁、地中壁於不同基礎開挖工程之應用與監測規畫實例等專業論文,內容精闢詳實,實為都會區大地工程不可或缺之參考資料。「地工技術」為國內大地工程界兼具工程實務與理論應用最重要且最權威之工程專業刊物,個人工作上不但經常從中學習許多,同時亦受到地工技術諸多專家好友的協助並解決工程上許多地工技術的疑難雜症而獲益匪淺,相信往後新北市都會區的建設仍有賴地工界諸好友的大力指導與協助。本人受邀贈言,深感榮幸,敬抒拙見,冀望能鼓勵大地工程界於此一都會區大地工程之重要課題,持續努力並與時俱進,為國內工程建設基礎繼續奠基。

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