第二章 土木,建築,水環、軌道

第一節  地下段結構工程

1.概述

新店線含CH218,CH219,CH220,CH221,CH222,CH223,CH224,CH225,CH226,CH227,CH228A標十一個地下工程土木標。其範圍包括北起台大醫院站(CH218)的北端,南至新店站(CH227標)的南端,路線經由公園路往南沿羅斯福路、新店北新路至新店站,另含由羅斯福路南昌街口起,至師大路汀州街口兒童交通公園內通風豎井之部份中和線隧道。上述新店線十個施工標共包括台大醫院、中正紀念堂、古亭、台電大樓、公館、大坪林、景美、萬隆、七張、新店市公所、新店等十個主體車站,七段潛盾隧道,一段新奧工法隧道,五段明挖覆蓋隧道,一座通風豎井,一座電纜豎井及八處連絡通道。

2.工程內容

2.1潛盾隧道

以施工標分述如下

CH218

兩條直徑5.4公尺的隧道連接台大醫院站的南端至中正紀念堂站的北端,其中上行隧道635公尺,下行隧道654公尺。路線沿公園路的下面,經過一5層樓的建築物,及4層至5層樓的學校建築(弘道國中),最南端的學校建築其基礎深度至隧道頂端則有8公尺的的覆土深,路線直走到愛國西路及羅斯福路交界的車站(中正紀念堂站)為止。本隧道段設置一條聯絡通道及一座集水井,隧道採用預鑄混凝土環片襯砌,厚度25公分,內徑5.4公尺,每環寬度1公尺,由5個主節塊加一楔形節塊以螺栓連結組合而成,環片縱向以弧形螺栓鎖接,環片外表層塗以煤焦環氧樹脂,其接合處以水膨脹式止水條,水膨脹式螺栓嵌環及彈性型封縫劑防水。

CH219

兩條直徑5.4公尺隧道由中正紀念堂站南端的轉轍站至古亭車站的北端,上行隧道長503公尺,下行隧道長501公尺,路線沿羅斯福路下方進行,兩隧道間最小淨距僅70公分。隧道中間設置一座電纜豎井,連結福州街附近的地面變電站,並做為逃生的聯絡通道之用。

CH221

本標含兩段潛盾隧道,分屬中和線與新店線,中和線部份上下行長度為617公尺,新店線部份上下行長度為452公尺,中和線部份由羅斯福路南昌街口(古亭市場站南側之橫渡線)起,以曲率半徑250公尺作一大轉彎,通達師大路汀洲路口兒童交通公園內之通風豎井,其中約有200公尺部份穿越民房,覆土深度介於13公尺~27公尺之間,本段隧道設置一處連絡通道。新店線部份由上述橫渡線起沿羅斯福路南行,而止於台電大樓站。兩段隧道起點位置約200公尺長範圍,呈交叉扭曲狀。隧道採用預鑄混凝土環片,襯砌厚度25公分,內徑5.6公尺,每環寬度1公尺,由五個主節塊加一楔形節塊以螺栓連結組合而成,環片縱向以弧形螺栓鎖接,環片外表層塗以環氧樹脂柏油漆,其接合處以水膨脹式止水條,水膨脹式螺栓嵌環及環氧樹脂砂漿填襯防水。

CH222

兩條長1310公尺直徑5.4公尺的潛盾隧道由公館站南行,穿越羅斯福路基隆路口之公館車行地下道下方,而止於萬隆站,沿線均位於羅斯福路下方,覆土深度介於10公尺~20公尺之間,配置三處連絡通道。隧道採用預鑄混凝土環片,襯砌厚度30公分,內徑5.4公尺,每環寬度1公尺,由五個主節塊加一楔形節塊以螺栓連結組合而成,環片縱向以弧形螺栓鎖接,環片外表層塗以環氧樹脂柏油漆,其接合處以水膨脹式止水條,水膨脹式螺栓嵌環及環氧樹脂砂漿填襯防水。

CH223

兩條5.4公尺直徑的潛盾隧道,由萬隆站南端至景美站北端,其上下行長度分別為821公尺及813公尺。路線沿著羅斯福路五段至六段,隧道頂端覆土深度約10公尺。本隧道段設置一條聯絡通道及一座集水井,隧道採用預鑄混凝土環片,襯砌厚度25公分,內徑5.4公尺,每環寬度0.9公尺,由五個主節塊加一楔形節塊以螺栓連結組合而成,環片縱向以弧形螺栓鎖接,環片外表層塗以煤焦環氧樹脂,其接合處以水膨脹式止水條,水膨脹式螺栓嵌環及彈性型封縫材料防水。

CH224

兩條5.4公尺直徑之潛盾隧道由大坪林站北端至景美站南端,其上下行長度分別為896公尺及901公尺,路線沿著北新路三段穿過景美溪再接至羅斯福路六段,隧道頂端覆土深度約10-17公尺。本隧道段設置二條聯絡通道及一座集水井,隧道採用預鑄混凝土環片,襯砌厚度25公分,內徑5.4公尺,每環寬度0.9公尺,整個環片之設計型式與CH223標相同。

2.2新奧工法隧道

以施工標為屬CH221施工標,介於明挖覆蓋隧道與公館站之間,長220公尺,斷面採馬蹄型,施工時採用壓氣工法作為輔助工法,設有人員氣閘及材料氣閘。

2.3明挖覆蓋隧道

以施工標分述如下

    CH220

本段係位於古亭站南端之地下明挖覆蓋轉轍段,結構體長132公尺,寬19.75公尺,開挖深度由北端之約23公尺到南端之27公尺,頂版覆土深約 5.85公尺,於轉轍段南端分別銜接中和線及新店線CH221標之上下行隧道。

CH221

由台電大樓南側起,沿羅斯福路南行至新生南路口北側,為地下一層之明挖覆蓋結構長約438公尺寬17.8公尺~19.5公尺,依不同需求而有單孔、雙孔、三孔結構。開挖擋土措施採連續壁,壁厚1公尺。

CH225

由七張車站北端起至大坪林車站南端止,隧道總長約623公尺,寬10.8~16.9公尺,高6.2~6.8公尺,開挖深度9.8~16.1公尺。隧道斷面有單孔、雙孔、三孔三種類型。本段隧道處設有轉轍段供捷運車輛調度之用。隧道工區地質屬砂礫層,隧道開挖工程採兵樁以及施打噴凝土作為擋土措施,工區內外設置重力集水井以降低土層孔隙水壓,避免開挖壁面坍塌。隧道每隔15公尺設置施工縫,接縫處設有止水帶及封縫矽膠,隧道主體結構防水工程採全面被覆式防水膜。

CH226

由新店市公所車站北端起至七張車站南端止,隧道總長約705公尺,寬10.5~22.6公尺,高6公尺,開挖深度9.4~10.5公尺。主隧道自北新路與中正路口處,下行軌進廠支線開始分叉後續行至新店機廠,上行軌離廠支線分叉後穿越過主隧道下方然後續行至新店機廠,進廠/離廠支線隧道均為單孔明挖隧道,隧道長度分別為115公尺及73公尺,中正路口為離廠支線隧道與主隧道交會點並設有集水井,為本段隧道工區最深開挖點,開挖深度達21公尺,本段開挖及防水工程採與CH225相同施工方式。

CH227

由新店車站北端起至新店市公所車站南端止,隧道總長約903公尺,寬11.5~19.3公尺,高5.85公尺,開挖深度8.6~12.2公尺。隧道斷面有單孔、雙孔、三孔三種類型。本段隧道中間設有車輛轉轍段供捷運車輛調度用。隧道開挖及防水工程採與CH225相同施工方式。

CH228A

東由銜接CH226標隧道至新店機廠地面段止,包含銜接CH226標隧道之明挖覆蓋隧道其長約200公尺,以及長約170公尺之U形坡道銜接新店機廠地面段,兩者施工方式皆採兵樁擋土中間加鋼絲網及噴凝土保護施作,另U形坡道考慮擋土壁之安全故設計地錨予以穩固。

2.4台大醫院站

本站為標準地下兩層車站,長240.3公尺,寬19.05公尺,開挖深度16.5公尺,車站頂部與地面之間設置60公分厚的防爆版,使車站的功能增加為防空避難車站。本車站設有A,B,C,D四個出入口,兩個通風井X,Y分別與出入口A,D共構,出入口B,C則設置有殘障電梯,升降高度係由地面層到穿堂層。

2.5中正紀念堂站

本站為地下三層之交會車站,長349公尺,寬22.5公尺,開挖深度23.5公尺。車站頂部與地面之間設置有60公尺厚的防爆版,為一民防車站。本站南端設有明挖覆蓋式的結構體,做為信義線/新店線/淡水線的轉轍調度之用。車站本身設有A1,A2,D,B1,B2,C1及C七個出入口,通風井X與出入口B1共構,通出入Y則單獨設置在車站的北端,殘障電梯則設置於出入口C內。

2.6古亭站

本站為地下三層之交會車站,長320.7公尺,寬19.75公尺,開挖深度23公尺。車站頂部與地面之間設置有60公分厚的防爆版,為一民防車站。本站南端設有明挖覆蓋式的結構體,做為新莊線/新店線/中和線的轉轍調度之用。車站本身設有A1,A2,B1,B2,C1,C2,D1,D2,D3共9個出入口,通風井X,Y則與車站旁的大樓共構,並做為聯合開發之用。

2.7台電大樓站

本站為標準地下二層捷運車站,地下二層為月台層,採用島式月台設計,月台長141公尺,寬10.1公尺。地下一層為川堂層,兩端共設有A、B、C、D1、D2五個出入口,通達地面,其中出入口C與未來聯合開發共構。另外設有通風井X、Y,其中通風井Y亦與出入口C之聯合開發共構。車站主體長249公尺,寬19.5公尺,採明挖覆蓋工法施工,開挖深度約18公尺,開挖擋土措施採用連續壁,壁厚1公尺。

2.8公館站

本站為標準地下二層捷運車站,地下二層為月台層,採用島式月台設計,月台長141公尺,寬10.1公尺。地下一層為川堂層,兩端共設有A、B、C、D四個出入口,通達地面,其中出入口A與未來聯合開發共構。另外設有通風井X、Y,車站主體長243公尺,寬19.5公尺,採明挖覆蓋工法施工,開挖深度約18公尺,開挖擋土措施採用連續壁,壁厚1公尺。

2.9大坪林站

本站為標準地下兩層車站採島式月台設計,月台長141公尺,寬約10公尺,車站長252公尺,寬20.7公尺,開挖深度16.8公尺,車站設A,B,C1及C2四個出入口及X,Y兩個通風井,本站有2個聯發開發基地,其中出入口C1,C2與通風井Y,與內政部營建署聯合開發大樓共構,另一聯合開發基地係位於通風井X,地下結構體亦屬共構型式。

2.10景美站

本站為標準地下兩層車站,採島式月台設計,長252公尺,寬20.7公尺,開挖深度16.5公尺,車站設A,B,C三個出入口及X,Y兩個通風井,本站有兩處聯合開發大樓基地及一處綜合開發大樓基地,其中出入口B係與文山區景行綜合開發大樓共構,另兩處聯合開發基地則位於出入口A與C,地下結構體亦屬共構型式。

2.11萬隆站

本站亦為標準地下兩層車站採島式月台設計,長248公尺,寬20.7公尺,開挖深度17.1公尺,車站設A,B,C,D四座出入口及X,Y兩座通風井,本站有兩處聯合開發基地,一處位於出入口B,通風井X,另一處位於出入口D,通風井Y,結構體亦屬共構型式,距萬隆站南端約228公尺處,有一橫渡線,屬明挖覆蓋地下結構,其長度136公尺,寬度20.7公尺,開挖深度17.1公尺,作為車輛之轉轍調度之用。橫渡線東側,有一座興捷變電站,係地下一層,地上兩層結構,以提供新店線捷運系統電力需求。

2.12七張站

本車站為地下二層捷運車站,長195公尺,寬18公尺。地下一層為月台層,採用側式月台設計,月台長141公尺,側寬3.9公尺,採單線上行及下行各一軌道,地下二層為旅客穿越層位於車站中間斷,另外地下二層設有緊急逃生通道以及通風管道置於車站兩端。聯合開發基地平面略呈L型,為地下三層地上18層之建築物。車站東南側設有緊急出口A及通風口X,西北側設有緊急出口B及通風口Y

2.13新店市公所站

本車站為地下二層捷運車站,長約193公尺,寬約17.3公尺。地下一層為月台層,採用側式月台設計,月台長141公尺,側寬3.9公尺,採單線上行及下行各一軌道。車站中間段地下二層作為旅客穿越層及風管道之用。緊急逃生通道、通風管道及車站集水井設於車站南北二側,車站西側設有主出入口與未來聯合開發建物採共構形式,聯合開發為地下四層地上15層之建築物,地下一、二層供捷運設施使用,地下三、四層作為汽車停車場之用,基地西北角隅設有地下停車入口,採用機械停車方式。車站東北側設有緊急出口B及通風口Y,東南側設有緊急出口A及通風口X

2.14新店站

本車站為地下四層捷運車站,長233公尺,寬21.25公尺。地下一層挑高8.95公尺作為月台層,月台形式採島式設計,月台長141公尺,寬11.859公尺,採單線上、下行各一軌,地下二、三、四層為停車場並於車站西側設置斜坡車提供捷運旅客及未來聯合開發大樓人員使用。車站地面為旅客穿堂層及主要出入口之用。未來聯合開發將與車站採共構,地上將興建16層之建築物。車站出入大廳北側為二層鋼構建築物長52.2公尺,寬27.65公尺,高11.31公尺主要作餐廳使用。緊急出口設於車站南北二端,車站南端並設有動力變電站為地上四層建築物。

3.設計要點

3.1 設計目的

地下段結構工程之結構設計,旨在提供一安全、經濟之結構體,其空間須能滿足建築、機電及系統設備等之使用及電聯車之通行等之需求。

3.2 設計方法

3.2.1 明挖覆蓋結構及車站

(1) 為長條箱型結構,於結構設計時,沿縱向取單位長度之橫向平面構架(即等值構架法)進行分析。所採用的材料強度及載重組合,係依據土木工程設計手冊之規定,以強度設計法設計,並考慮對各構件造成不利影響之載重組合。地下結構設計基本載重型式包括垂直載重、側向載重及地震載重。

(2) 依據「土木工程設計手冊」,地下結構地震力分析所採用之強制變位,施加於結構分析模式最外側,與其他載重組合後,進行結構設計。

(3) 此外,因載重對結構體造成之撓度及裂縫寬度,亦依據相關規定予以檢討。

3.2.2 潛盾隧道

除了開挖面是屬於三向度應力場外,離開挖面稍遠處,其應力場則已轉回至二向度系統。因此,本隧道係以一連串二向度有限元素模式分析,模擬各不同施工階段中隧道體之三向度應力狀態及其依時而變之行為,其分析步驟如下:

(1) 開挖前

本步驟主要求自算隧道開挖前,地層在覆土壓力、側向靜止土壓力、車道載重及建築物載重作用下,地中初始應力之分佈狀態。本項分析稱之為初步分析。

(2) 開挖階段

隧道設計必須考慮地盤與襯砌互制的行為,是以襯砌應儘量與開挖壁面接近,以避免地盤受到擾動,而影響其自然強度。隨著隧道開挖之進行,地盤中將有部份初始應力轉而作用於砌襯結構,造成隧道之變形。此項地盤中初始應力減少,襯砌結構應力增加之情況,端視地盤相對襯砌結構之勁度而定。但由於本計畫是使用潛盾機開挖,於盾尾裝置襯砌,地盤與襯砌有70mm 至80mm之空隙,此空隙於開挖時部份由周圍土層填充,部份將由灌漿填充。由於灌漿物質之勁度與襯砌及地盤相差太大,有限元素不能夠直接模擬。因此,常利用兩個獨立的模式來計算襯砌之變形及斷面力。

3.2.3 新奧工法隧道

除了開挖面是屬於三向度應力場外,離開挖面稍遠處,其應力場則已轉回至二向度系統。因此,本隧道係以一連串二向度有限元素模式分析,模擬各不同施工階段中隧道體之三向度應力狀態及其依時而變之行為,其分析步驟如下:

(1) 開挖前

本步驟主要是計算隧道開挖前,地層在覆土壓力、側向靜止土壓力、車道載重及建築物載重作用下,地中初始應力之分佈狀態。本項分析亦稱之為初步分析。

(2) 開挖階段

新奧工法之襯砌分成兩階段施作,於開挖階段施作由鋼支堡、噴凝土組合而成之一次襯砌。隨著隧道開挖之進行,地盤中將有部份初始應力轉而作用於砌襯結構,造成隧道之變形。此項地盤中初始應力減少,襯砌結構應力增加之情況,端視地盤相對襯砌結構之勁度而定。

(3) 永久階段

隧道開挖完成之後,施作二次襯砌(永久結構),此時大地應力已趨於平衡。二次襯砌設計承受長期載重包括土壓力、水壓力、上方建物載重、車輛載重等以及地震力等。

3.3設計考量

3.3.1明挖覆蓋結構

影響明挖覆蓋結構設計之主要考量因素包括結構系統、載重條件、上浮力、施工程序、地震力及擋土壁等,分別說明如下:

(1) 結構系統

地下結構系統採用等斷面版牆系統,並於大跨度區域加設中間柱,以降低樓版設計彎矩。

A.載重條件

明挖覆蓋結構引用之載重,除靜載重及正常土水壓外,建物及地面交通加載,未來鄰近建物改建影響及地震變形應力均為其考量重點。

B.上浮力之影響

若地下水位甚高或屋頂版覆土厚度不足,地下結構將受到浮力之影響而上浮。解決方式為採用與擋土壁榫接,以共同承受浮力作用之方式。

C.施工程序之影響

地下結構依施工程序之不同,一般可分為順打工法、逆打工法及半逆打工法。在正常情況,順打工法有工程費用省、工期短及施工容易之優點,地下段結構大部份採用順打工法,其結構設計可不考慮施工時之載重狀況。

D.地震力之影響

側向勁度愈小之地下結構,如厚版薄牆之地下結構,其承受之地震力愈小。此種地下結構,雖可使車站結構寬度較小,但其所需開挖深度較深;結構寬度較小,可節省工程用地;但開挖深度較深,則需較多之開挖量及較大之連續壁深度。由於地下段結構受用地取得因素之限制,因此採用版較牆厚之版牆結構。

E.擋土壁之影響

地下結構開挖施工採用之擋土壁,為一臨時結構體,供開挖擋土作用。另CH223、CH224標明挖覆蓋三個車站結構,係考慮將80cm厚之擋土壁,除當成臨時結構作開挖擋土用以外,亦當成永久性結構之一部份,亦即除連續壁外,另設置60cm厚之鋼筋混凝土內牆,其與連續壁間係以鋼筋續接器與剪力筋作等間距全面性之銜接,使兩者組合成一體,形成一複合牆,在內牆澆置之前,連續壁面若有濕潤或局部滲水處,均先行妥善處理至不滲水為止,再行澆置內牆。

3.3.2潛盾隧道

(1)載重條件

隧道襯砌之載重應依下列各項分別考量

A.從螺栓孔吊放環片

假設以鋼索自螺栓孔將環片吊起,計算環片自重造成之應力,此應力可以傳統樑理論分析。

B.現場堆置

整環之環片依序上、下堆置,可以傳統樑理論計算應力。

C.由灌漿孔吊裝

以傳統樑理論計算環片吊裝時之應力。

D.自重

環片阻力完成後,於各種載重狀況下皆須考慮其自重。

E.背填灌漿壓力

考量由單一灌漿孔及二孔灌漿孔作背填灌漿時環片承受之壓力,灌漿最大壓力考量為300KN/m2,分析時將取單一環片在兩端點支撐,環片外側承受背填灌漿壓力。

F.長期地層載重

長期表示地層可能之最大載重,地表載重之考慮則根據CEDM第4.3.2、4.3.3節,由於隧道路線從現有街道下通過,地表載重之考慮包括:結構物載重,以及車輛活載重,鄰近建築物或未來可能之建築物加載。

G.短期地層載重

其分析模式及地表載重與長期載重狀況相同,考慮其地下水壓呈靜水壓分佈。

H.200年洪水水壓力

考慮200年洪水位時結合短期及長期地層載重之狀況。

I.預鑄混凝土襯砌於隧道直徑變化0.33%引致之彎曲應力以隧道上方覆土載重產生垂直分佈力及伴隨之環壓力作用於前述雙環模式可得到一組隧道直徑變形量,和隧道直徑變化0.33%引致之彎曲應力比較,取大者設計環片應力。

J.地震載重

地震作用於隧道橫斷面時,若不考慮土壤結構之互制效應,則環片將隧地盤位移而產生相同之位移,因此於橫斷面上,襯砌環片及開孔週邊產生之racking strain即為環片之變形。

隧道襯砌環片應變之檢核

(2)襯砌環片需依CEDM之規定檢核下列各項所造成之應變。地震引致之縱向扭曲應變亦須校核是否超過最大容許壓應變0.002,最大容許撓曲壓應變0.003。

A.隧道襯砌環片應變之檢核

B.地震引致之扭曲應變

地震時剪力波作用於襯砌上之扭力造成襯砌垂直隧道軸向之平面的扭曲變形所造成之應變。

C.開挖及地震扭曲引致之應變

隧道開挖載重與地震引致之扭曲所造成之聯合應變。

D.土層鬆動及地震扭曲引致之應變

隧道上方土壤鬆弛區域所造成之載重與地震引致之扭曲所造成之聯合應變。

E.隧道非正圓之容許應變及地震引致之扭曲應變

(3)檢核千斤頂推力

檢驗潛盾機千斤頂於環片上造成之壓應力。

(4)檢核環片徑向節點壓應力及螺栓扭力

校核襯砌環片由長期或短期載重所分析之環片片間節點力矩,軸力與螺栓扭力所造成之聯合壓應力。

(5)檢核環片穩定性(浮力)

檢測位於地下水位下之襯砌環片抗浮力之穩定性。

3.3.3新奧工法隧道

(1)  一次襯砌

依照施工合約的精神,一次襯砌係由施工承商負設計之責。在過程中施作新奧工法隧道,影響大者是水,由於本標隧道分成前面30公尺係為大氣下施作,而其餘部份在壓氣下施作。大氣下施作以灌漿形成之截水牆來達到阻水之目的,進入壓氣作業階段後即以氣壓平衡水壓的理念以袪水。

(2)  永久襯砌

永久襯砌為場鑄混凝土,其與一次襯砌之間舖有防水膜,結構分析如同明挖覆蓋結構,載重條件包括靜載重、土水壓、建物及地面交通加載、未來鄰近建物改建影響及地震變形應力。以合宜的土壤彈簧模擬周圍土層,經由有限元素程式計算所得之軸力、剪力、彎矩作為配筋量之依據。