漫談北宜高速公路雪山隧道工程

交通部台灣區國道新建工程局

總工程司 曾 大 仁

台灣區國道路網示意圖

花蓮

台南

台北市

台東

霧峰

埔里

台中

6

2

1

3

10

8

太 平 洋

台灣海峽

N

中山高速公路

第二高速公路

國道公路花蓮台東段

北宜高速公路南港頭城段

國道台中環線豐原霧峰段

國道六號南投段

北宜高速公路頭城蘇澳段

國道公路蘇澳花蓮段

4

基隆

林邊

蘇澳

楓港

頭城

龍井

快官

草屯

後龍

九如

5

南港

1

北宜高速公路計畫緣起北宜高速公路計畫緣起

由於雪山山脈阻隔台灣東西部人力與資源的流通，因此有興建直接穿越山區連接兩地快速公路的建議

本計畫奉行政院七十七年九月二十二日臺交字第二六二八九號函核定推動本計畫

預期效益預期效益台北宜蘭行車時間由2小時縮短為25分鐘，紓解台北都會區人口壓力

提昇公路運輸能量與服務品質

帶動觀光、遊憩等資源開發

開發蘭陽平原，充分發揮蘇澳港埠功能，促進東部發展

13

南港系統交流道

石碇交流道

坪林行控中心專用道

頭城交流道

北宜高速公路南港頭城段

5

南港隧道、石碇隧道

烏塗隧道

彭山隧道

雪山隧道

全長 31 公里

頭城收費站

第一標(已通車)

5

9

2

第四標(施工中)

第五標(施工中)

第三標(機電及交控施工中)

第二標(施工中)

• 建設經費601億元• 雙向四車道• 隧道(雙向)11座佔路線長度20.3公里

• 橋梁(雙向)39座佔路線長度6.0公里

• 交流道3處• 行控中心專用道1處• 收費站1處• 服務區1處• 交通控制系統、隧道機電系統及收費系統

• 建設經費601億元• 雙向四車道• 隧道(雙向)11座佔路線長度20.3公里

• 橋梁(雙向)39座佔路線長度6.0公里

• 交流道3處• 行控中心專用道1處• 收費站1處• 服務區1處• 交通控制系統、隧道機電系統及收費系統

雪山隧道工程概要雪山隧道工程概要隧道：長度12.9公里

分離雙孔(直徑11.8公尺)車道：雙車道通風豎井：共3處通風機房及中繼站：各3處人行聯絡隧道：共28座車行聯絡隧道：共8座導坑：直徑4.8公尺，輔助主隧道施工，

營運維修，急難救助之用其他：隧道安全及交控措施

20

19911991年公路隧道排名年公路隧道排名

名次 國 名 長 度 隧 道 名 稱

1 瑞士 16.9公里 St. Gotthard Tunnel

2 奧地利 13.9公里 Arlberg Tunnel

3 中華民國 12.9公里 坪林隧道

5

20032003年公路隧道排名年公路隧道排名

名次 國 名 長 度 隧 道 名 稱

1 挪威 24.5公里 Laerdal Tunnel

2 中國 18.0公里 終南山隧道

3 瑞士 16.9公里 St. Gotthard Tunnel

4 奧地利 13.9公里 Arlberg Tunnel

5 中華民國 12.9公里 雪山隧道

6

排氣井

進氣井 西行線

東行線(長度12.9公里直徑11.8公尺)

通風中繼站(3 處)

通風機房(3 處)

車行聯絡隧道(8 座)

二號豎井

導坑(長度12.9公里,直徑4.8公尺)

人行聯絡隧道(28 座)

三號豎井雪山隧道及通風系統透視圖雪山隧道及通風系統透視圖雪山隧道及通風系統透視圖

一號豎井

29.55m 29.55m

R=5.1m

R=2.105m

東行線主坑人行聯絡隧道

緊急逃生道

導坑

雪山隧道導坑與主坑關係位置

西行線主坑

雪山隧道施工遭遇之困難雪山隧道施工遭遇之困難

遭遇斷層剪裂帶複雜多變，開挖面多次抽坍

地質堅硬且破碎，探查及灌漿鑽孔不易，影響施工進度

雪山山脈蓄含高壓地下水，處理困難耗時

22

TAN

EEB

.PPT

MD 台灣周邊版塊運動示意圖

歐亞版塊中央山脈

沖繩海溝

琉球海溝

琉球弧

海岸山脈

呂宋弧

菲律賓海版塊

台灣島

雪山隧道地質示意圖雪山隧道地質示意圖

7

FC：枋腳層 MK：媽岡層 TTS：大桶山層TSK：粗窟層 KK：乾溝層 SL：四稜砂岩

石牌斷層

大金面斷層

上新斷層

金盈斷層巴陵斷層

豎井豎

井

倒吊子向斜石 斷層

豎井

鶯子瀨向斜

#2#1 #3

TTS4

TTS2

TTS4 TSK KKSL2

SL2 SL2

KK

SL1

SL1 KKMK2TTS2 TTS1 MK1

MK1

FC2

FC1

TTS3EL206

EL 49m

岩性：灰色到灰白色石英岩質砂岩或石英岩，夾有硬頁岩及碳質頁岩。

強度：1200～2785 kg/cm2

(混凝土常用強度為240～350 kg/cm2)

石英含量：平均82％(部份達95%)

莫氏硬度：6～7之間(鋼鐵為5.5＋)

四稜四稜砂岩之特性砂岩之特性

各類地質長度統計表各類地質長度統計表

類 別 長度(公尺)

四稜砂岩層 3671

乾溝層 2161

媽岡層 3295

大桶山層 3020

粗窟層 416

枋腳層 381

15

導坑導坑排水歷時曲線排水歷時曲線

0

50

100

150

200

250

300

350

400

82/1/1 83/1/1 84/1/1 85/1/1 86/1/1 87/1/1 88/1/1 89/1/1 90/1/1 91/1/1 92/1/1 93/1/1

日期

水量 (l/s)

隧道鑽炸工法隧道鑽炸工法((D&B)D&B)示意圖示意圖

TOP HEAD

INGBENC

H I

BENCH II

連絡道

通風中繼站

出碴

支撐鋼管、鑽孔、開炸、

施作支撐工降挖

洞台岩栓

隧道內鑽開炸孔及裝藥

隧道內鑽開炸孔及裝藥

隧道內鑽開炸孔及裝藥

隧道內鋼肋、掛網、噴凝土

隧道內鋼肋、掛網、噴凝土

安裝岩栓

安裝岩栓

自鑽岩釘

下半斷面降挖完成

D&BD&B法法鑽機型式鑽機型式

單槍氣動式履帶鑽機(ROC-601)

D&BD&B法法鑽機型式鑽機型式

D&BD&B法法鑽機型式鑽機型式

輪式電動液壓雙槍鑽堡

(TAMROCK Paramatic 205-90)

D&BD&B法法鑽機型式鑽機型式

三槍式鑽堡

導坑西口使用之雙槍式鑽堡(軌載式)

最初施工方案最初施工方案

D&B1000m150M

700m

TBM

D&B

D&B

TBM

TBM

D&B

D&B

D&B

TBM

800m

預定TBM開挖 預定D&B開挖

32

施工改善方案施工改善方案 (88.01)

33

D&B

456M3800M

522m

D&B

D&B

TBM

TBM

579m 1080m

頂導坑

TBMD&B

D&B

893M

TBM

1818m

1575m

1551M

TBM

3800m

3800m

二號通風豎井

二號通風中繼站

D&B

D&B

D&B

732m787m 654m

預定TBM開挖 預定D&B開挖 實際TBM開挖 實際D&B開挖

修正施工改善方案修正施工改善方案(90.12)456m4720m

D&B

TBM

TBM

D&B

TBM

3430m

2935m

2852m

TBM

4354m

4600m

893m1804m528m

二號通風豎井

D&B

D&B

D&B

D&BD&B D&B

頂導坑

793m

二號通風中繼站

732m1935m 645m

522m

D&B

1242m 1080m

TBMD&B

542m

TBM

預定TBM開挖 預定D&B開挖 實際TBM開挖 實際D&B開挖

34

雪山隧道導坑TBM

導坑TBM第九次受困湧水災變情形

導坑TBM第九次受困湧水災變情形

導坑TBM第十次受困湧水災變情形

導坑TBM第十次受困湧水災變情形

導坑TBM第十次受困搶救情形

導坑TBM第十次受困之迂迴隧道

導坑TBM第十次受困後處理情形

TBM於里程39K+079處受困後經以迂迴隧道方式開挖脫困不成，改以鑽炸法施做繞行隧道繞過TBM法繼續向前開挖，然而其施工過程中仍多次遭遇高壓湧水，故採取「遠排近灌」的策略，配合水平長鑽孔、排水及錐體灌漿等方式進行開挖。

灌漿範圍

灌漿孔

開挖面

灌漿區域

鑽機

4.5M

30m

錐體灌漿示意圖

29

雪山隧道導坑工程地質探查及鑽灌模式

11

TYPE I 適用於湧水量少，壓力大於3kg/cm2之非擠壓性岩盤，以少數之灌漿孔依地質情況，採一階或二階施灌，並於施灌後鑽設排水孔，以利導排地下水。

TYPE II 適用於湧水量較大，壓力大於3kg/cm2

之擠壓性岩盤，以TYPE I增加仰拱部份之灌漿孔，以避免仰拱擠壓，依地質情況，採一階或二階施灌，並於施灌後鑽設排水孔，以利導排地下水。

TYPE III 適用於主斷層或較寬之剪裂帶，湧水量大，壓力大於12kg/cm2之地層，分雙環孔佈設灌漿孔位，每孔分別採二階施灌，並於施灌後鑽設排水孔，以利導地下水。

導坑東口改鑽炸法之繞行隧道開挖作業

導坑繞行隧道初期使用之單槍氣動式履帶鑽機(ROC-601)

繞行隧道後期使用之軌式單槍鑽堡(TAMROCK H207L)

導坑反循環式水平長距離鑽探

鑽灌作業處理

排水孔鑽設

導坑繞行隧道湧水情形(一)

導坑繞行隧道湧水情形(二)

導坑繞行隧道轉回主航道

11

導坑TBM恢復推進

導坑探查鑽機演進BOART HD150L (最大轉矩：425 NM)

LM-22 (最大轉矩：670 NM)

ATLAS COP MER38 H10(AC-1238) (最大轉矩：1,000 NM)DIAMEC-262 (最大轉矩：1,350 NM)

KRUPP HB-40A (最大轉矩：12,582 NM)

82.05.20

88.11.22

導坑TBM Hd-150L衝擊式鑽機

導坑TBM AC-1238 衝擊式鑽機

導坑TBM DIAMEC-262 取岩心鑽機

導坑TBM KRUPP HB-40A衝擊式鑽機

導坑TBM加焊耐磨條

導坑TBM增設頂部防護罩及加焊耐磨條

導坑TBM利用中繼站機房拆卸切削頭更換環齒輪(第一次)

第二次環齒輪更換方案(91.12～92.1)

主坑TBM組裝完成推進

主坑TBM開挖出碴情形

主坑TBM環片吊運

主坑TBM組裝環片

主坑TBM環片組裝後背填灌漿

主坑西行線里程38k+902.5遭遇大湧水處理概要

發生時間：86.12.15下午2時45分

發生地點：西行線距洞口約 1318公尺處。

災變情形：西行線TBM段抽坍約一百公尺，抽坍

碴料約9500立方公尺，最大湧水達

750公升／秒

處理方式：

#8號車行聯絡橫坑施作(87.02~87.04)

繞行隧道開挖(87.01~87.07)

災變段復舊(87.01~88.03)

鑽炸法開挖(87.07~ )

TBM拆除(88.11~88.12)

雪山隧道西行線抽坍縱剖面圖

西行線TBM38K+902.5災變環片擠壓破壞

主坑東口西行線TBM災變情形

西行線TBM38K+902.5災變抽坍清理情形(一)

西行線TBM38K+902.5災變抽坍清理情形(二)

西行線TBM38K+902.5災變清理至機頭

西行線改鑽炸法上半斷面施工

頂導坑(Canopy)

起拱線

瀝青路面

管線廊道

雪山隧道東口主坑頂導坑與TBM混合工法斷面圖

3.64m

2.63m

R=5.75m

R=5.1m

11.5m

R=6.47m

10.2m

東行線東口之頂導坑

東行線TBM在頂導坑下開挖

主坑探查鑽機演進

Montabert HC-80 (最大轉矩：1,250 NM)

KRUPP HB-40A (最大轉矩：12,582 NM)

91.10

主坑東行線TBM Montabert HC-80鑽機

主坑東行線TBM KRUPP HB-40A鑽機

主坑東行線TBM全面加焊耐磨條

主坑東口之斷面

主坑西口鑽炸法斷面

豎井開坪及環管施工

豎井環管完成後採吊車施工

豎井環管完成後採吊車施工

豎井採門型吊架施工

豎井採捲揚機施工

豎井施工用傘形鑽堡

豎井沉挖法施工

三號豎井進氣井施作排水帶

三號豎井進氣井施作內襯砌

施鑽導孔

ψ=23CM

1 擴挖作業

ψ=600CMD&B

32擴孔作業

ψ=244CM

豎井昇井工法(Raise Boring)示意圖

豎井Raise Boring鑽機

Raise Boring導孔貫穿井底

Raise Boring改裝擴孔鑽頭

Raise Boring擴孔後擴挖作業

二號豎井增闢工作面施工情形

二號豎井增闢工作面地質改良灌漿

預定完工期程

西行線全線貫通 93年05月

東行線全線貫通 93年09月

土木完工 94年08月

全線通車 95年01月

41

從過去到現在有什麼改變？

手提鑽機

D&BD&B法鑽機型式法鑽機型式

單槍氣動式履帶鑽機(ROC-601)

D&BD&B法鑽機型式法鑽機型式

三槍式鑽堡

Big john Big john 大約翰大約翰

RoadheaderRoadheader懸臂式削岩機懸臂式削岩機

TBMTBM全斷面鑽掘機全斷面鑽掘機

彭山隧道東口及坪林一號高架橋

坪林交流道及雪山隧道西口

從過去到現在有什麼沒變？

從過去到現在有什麼沒變？

我們希望

隧道洞口簡潔、美觀、生態環保

使用上安全、便利、舒適

效率、品質、安全效率、品質、安全的施工團隊的施工團隊

0.96km→27.2km → 53km→80km

75m→170m→750m→1150m

結語：結語：

••隧道工程是古老又年輕的領域。隧道工程是古老又年輕的領域。••隧道工程是「由有變無」的過程隧道工程是「由有變無」的過程••隧道施工＝地質＋力學＋營建管理隧道施工＝地質＋力學＋營建管理••接受變動，快速反應接受變動，快速反應••人定勝天→順勢而為，天人合一人定勝天→順勢而為，天人合一••施工管理要素排序：施工管理要素排序：

安全、品質、進度、成本安全、品質、進度、成本

祝大家

平 安 快 樂

萬 事 如 意

漫談北宜高速公路雪山隧道工程北宜高速公路計畫緣起預期效益導坑排水歷時曲線隧道鑽炸工法(D&B)示意圖D&B法鑽機型式D&B法鑽機型式D&B法鑽機型式D&B法鑽機型式鑽灌作業處理排水孔鑽設導坑探查鑽機演進第二次環齒輪更換方案(91.12～92.1)主坑探查鑽機演進豎井Raise Boring鑽機Raise Boring導孔貫穿井底Raise Boring改裝擴孔鑽頭從過去到現在有什麼改變？手提鑽機D&B法鑽機型式D&B法鑽機型式Big john 大約翰Roadheader懸臂式削岩機TBM全斷面鑽掘機從過去到現在有什麼沒變？我們希望隧道洞口簡潔、美觀、生態環保使用上安全、便利、舒適效率、品質、安全的施工團隊