fbpx
           

地盤改良於軌道道版加固頂昇之應用

地盤改良 於軌道道版加固頂昇之應用-以輕軌運輸系統為例

撰稿 :尚新民  劉益宏  林柏強  李明書* /駿馳工程股份有限公司

摘  要

營運中的軌道交通如遭遇天災或周邊施工等因素造成道版沉陷變形,將影響交通運輸功能,甚至造成出軌意外導致嚴重公共安全事件。根據工程條件灌注水泥系漿材或速凝型高強度樹脂漿材對路基進行地盤改良,並由剪力波速檢測確定地層具備足夠強度後,運用分段灌注聚胺酯樹脂方式執行道版頂昇,配合即時區段高程監測確定頂昇成效與穩定性,可降低施工過程營運影響,恢復道版設計高程,同時達到提升地層承載力、加固地層疏鬆區域等目的。本文針對地盤改良於輕軌交通系統道版加固頂昇之應用進行介紹,並以實際案例說明執行方式,供各界參考。

一、前言

隨著主要城市人員交通運輸需求快速增加,建造時對於環境影響較低的輕軌運輸系統(Light Rail Transit System , LRT)逐漸受到重視。台灣最早的輕軌系統於2013年在高雄市正式動工興建,其後各縣市也陸續投入城市輕軌系統的建設,如:淡海輕軌、安坑輕軌、深坑輕軌、五股泰山輕軌及新竹輕軌等,均陸續於完工運營、施工或規劃當中。(維基百科-輕軌運輸系統)

輕軌運輸系統受到逐漸重視的原因,主要為其具備:低城市噪音、載客容量大、行駛平穩、.列車使用壽命長、低耗能及建設維護費用低等優點。但是台灣輕軌運輸系統主要採用座落於地面的無軌枕設計,當遭遇天災或周邊施工導致道版沉陷變形時,勢必需要降速或停運維修,影響交通運輸功能,嚴重者甚至造成出軌意外導致公共安全事件。初期發現道版發生沉陷變形情況時,為避免影響白天軌道交通運營,通常先於發生沉陷區降速行駛,並委由專業廠商進行夜間施工,依據工程條件進行路基及道床地盤改良及道版頂昇工作,以期恢復道版設計高程,同時達到提升地層承載力、加固地層疏鬆區域等目的。

本文主要敘述軌道道版下方地層地盤改良及道版加固頂昇設計理念與施工方式,並提出此類灌漿工程選用材料與頂昇過程檢測、監測要點。同時透過實際案例,說明道版下方灌漿加固及頂昇執行步驟、應注意事項及最終成果。

二、灌漿技術與材料

現代化輕軌交通系統由1980年代開始開始被世界各主要城市引入,因為其建置費用低、建設時間短、都市環境與交通影響小及運量相較傳統公共汽車高等優點,受到各城市交通部門青睞,並逐步建置與運營當中。

輕軌交通系統因為使用嵌埋式無軌枕軌道,埋設軌道的鋼筋混凝土道版直接落於下方路基層上,因此下方地層的沉陷量將直接對於軌道線形造成影響。世界各地運營中或建構中的輕軌道版因為不確定因素造成沉陷變形的事件時有所聞。早期遭逢道版沉陷多採用鑽孔灌注水泥砂漿方式填充頂昇處理,但因為水泥砂漿流動性差、固化時間慢、不易控制頂昇位置及大口徑灌漿孔對於道版結構影響等不利因素,工程界亟欲尋找取代消除傳統缺點的道版加固頂昇方法。

2.1 適用技術

台灣輕軌主要採用歐規與日規系統,上行線與下行線下方PC層連接,進行加固頂昇設計時,受限於漿液擴散半徑僅約1.2~1.5公尺及漿液蓄壓頂昇能力,最好的灌注方式即為垂直鑽孔進行分段灌注。對於建構中道版尚未設置的輕軌工程,其灌漿目的主要為加固下方淺層及深層路基,在作業空間條件下,可以採用雙環塞灌漿工法或二重管灌漿工法施作,達到節省材料費用的目的。但是在輕軌已運營過程中,發現某區段發生沉陷現象時,宜採用適合於夜間施工的鑽孔直徑小的單環塞進行淺層路基地盤改良及道版下方填空頂昇作業。若深層路基亦存在持續沉陷潛能時,則可運用開孔面積略小的二重管灌漿工法以垂直或斜孔鑽設方式,進行深層路基地盤改良。相關適合用於道版加固頂昇的灌漿工法及其特點,如表XX所示。

地盤改良

2.2 適用材料

針對道版加固頂昇使用的灌漿材料可依照工程特性概略分為2類,分別敘述如下。

2.2.1尚未運營輕軌道版加固頂昇

(1) 當輕軌交通系統尚未覆蓋道版前,發現地面出現沉陷情況或存在淺層及深層路基具有長期沉陷或承載力不足疑慮時,可以採用雙環篩灌漿工法或二重管灌漿工法,以垂直鑽孔方式對於道版下方地層進行水泥系漿材地盤改良。改良寬度至少為道版寬度兩側外推1.5m~2.0m,改良深度可依照地質調查結果判定未完全壓密存在沉陷潛能、承載力不足或依照剪力波速探測,正規化剪力波速(Normalized shear wave velocity)VS1未達230m/sec的區域。若遭遇基礎下方為高透水性地層將一容易流失時,可於改良區兩側先以二重管灌漿工法灌注速凝水泥漿材建構圍堵隔幕,再以雙環塞灌漿工法分段灌注水泥皂土漿及水泥漿,以利水泥漿材均勻滲透至土壤空隙中,達到地盤改良效果。

(2) 輕軌交通系統已覆蓋道版,但尚未正式運營前,遭遇特殊原因導致給道沉陷或軌道與下方地層間出現空隙時,可以經設計單位確認安全無虞後,採用垂直穿透道版孔徑僅約4cm的二重管灌漿工法對於道版下方地層進行水泥系漿材地盤改良。再利用樹脂系漿材進行淺層路基加固及道版頂昇。若施工場域空間夠大且道版不適合開設4公分直徑鑽孔時,亦可考慮採用二重管斜孔灌漿方式進行水泥系漿材深層路基地盤改,再採用樹脂系漿材進行淺層路基加固及道版頂昇。

2.2.2運營中輕軌道版加固頂昇

運營中輕軌道版一旦發現沉陷情形,通常會降速行駛再尋求解決方案,並要求承辦廠商進行夜間施工改善,避免影響輕軌交通系統日常運作。然而每天能在道版上進行夜間施工的時間僅約3~4小時,執行時適合採用套管式單環塞灌注工法搭配樹脂系漿材進行深層路基地盤改良,搭配傳統單環塞工法搭配低粘滯度170CPS樹脂系漿材進行淺層路基地盤改良及道版頂昇。此類工法已多次用於機場跑道、高速公路剛性路面、鐵路路基加固頂昇及防治噴泥漿等工程成效卓著,有逐漸取代傳統水泥砂漿填充定升的趨勢。

地盤改良

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3 施工流程

道版加固頂昇作業受制於路基土壤地質條件,雖然路基地層未達Ev2 > 20MPa 且Ev2/Ev1≤ 2可能因為車輪反覆載重引起的塑性變形(plastic shakedown)的地層,均針對列車應力顯著影響範圍內之原土層內進行淺層攪拌工法、格網加勁工法或置換工法等方式進行改良,但是萬一因為不確定因素發生道版沉陷現象,則必須藉由透地雷達、剪力波速等非破壞性檢測方式,確定造成沉陷的原因與區域範圍,再透過試灌作業找出最適合此地層的地盤改良及加固頂昇的灌漿方法及材料,以期長期性解除道版沉陷可能造成的危害。為確保嚴密管控作業執行,整體工作分為4個期程,分別如下圖所示。

註: Ev2=應變模數 ﹔Ev2 / Ev1=兩次循環加載之應變模數比值。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

三、品質控制

3.1 規範要求

台灣輕軌交通系統主要採用嵌埋式無軌枕軌道,軌道與道版變形具有連動性。各地區捷運系統建設及維護單位均依照該地區地質條件、使用車輛種類及運輸附載能力,訂定嚴格相關維護規定,載明各項垂直沉陷及水平變形行動標準。以台灣最早開始運營的高雄輕軌為例,於發包文件「高雄環狀輕軌捷運建設(第一階段)統包工程」之「軌道維護」章節中,即明確規範軌道監測標準及警戒、行動變位量,如表X~表X及圖X。各地區公部門也制定了「大眾捷運系統禁建限建範圍內列管案件審核及管理基準」,提供維護單位依循,以確保輕軌系統運作安全。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.1 前期作業

依照相關管制規定,一旦發現輕軌軌道發生沉陷變形達到警戒值時,維護單位即啟動相關應變措施。除限制區段降速行駛外,另發包委託設計及執行單位進行道版加固頂昇工作。前期作業需先進行改良區 地下管路探測及改良範圍界定,分別如下:

(1) 利用透地雷達進行改良區域地下管路、地層孔洞及地層分界位置檢測。

(2) 藉由前期地質調查及現地試驗結果,配合長期監測資料及周邊近期施工情形,研判受擾動地層位置。再藉由表面波探測(MASW)搭配透地雷達檢測結果,研判地層軟弱帶位置。

(3)一般工程運用,常參考Ronald D. Andrus 與Kenneth H. Stokoe II(2000)之研究成果,以基礎面以下相對地表標高20 m範圍以內,正規化剪力波速(Normalized shear wave velocity)VS1 ≥ 230 m/s者,視為不具有液化潛能地層。

其中:

VS1 = 正規化剪力波速(m/s)

VS = 現地量測剪力波速(m/s)

 = 土壤有效覆土應力(kg/cm2)

空洞、水包、軟弱帶

3.1.2 改良範圍界定

深層軟弱帶

地層空洞

3.2 施工中管制

3.3 施工後驗效

四、案例說明

4.1 案例一(高雄輕軌)

單線道版寬度約為2.3公尺,上行線與下行線下方PC層連接,總寬度約5.4公尺。進行加固頂昇設計時現場軌道線形測量(圖),經過召集專家研析及進行現場檢測。

本計畫已於民國102年2月動工,開啟國內第一條輕軌建設的新頁,預計104年10月第一階段完工通車。屆時將可串聯高雄港區相關水岸之建設據點,活絡高雄觀光資源,並帶動沿線地區商業發展。同時做為國內其他城市發展輕軌的示範,這也是本計畫的期許。全線軌道採標準軌距1,435mm且為長焊鋼軌,地面段主線為埋置式軌道,臨港線路段則鋪設埋置式植草軌道,高架段改施築減振抑噪軌道。軌道路基設計參考原土層的Ev2值,而有不同的路基處理,以確保使用年限內不須重大維修。

人性化的低底盤輕軌列車,由五個車廂組成,可容納250人,隨運量成長,未來可加組兩個單元的模組化車廂。營運初期(民國108年前)班距7.5分鐘,而後縮短至6分鐘。第一階段全線採用無架空線系統,以減輕架空線對整體都市景觀及天際線等環境視覺之衝擊,同時對於輕軌列車外觀特別要求,塑造輕軌成為美麗的高雄移動新地標,且新構築之輕軌其綠覆率可達85%,將充分展現高雄「水之都‧綠之軌」新意象。

4.2 案例二(安坑輕軌)

五、結論

輕軌由於其便利性及建置優點,各城市陸續引進中。以大臺北都會區捷運「三環六線」路網是由文湖線、環狀線(以上為第一環)、新莊線、萬大-中和-樹林線(以上為第二環)、板南線、三鶯線、機場線(以上為第三環)等三環以及淡海輕軌、安坑輕軌、五股泰山輕軌、八里輕軌、深坑輕軌、汐止民生線等六線之捷運路線所構成。

地盤改良於軌道道版加固頂昇之應用

若要下載完整版內容,請點擊以下連結填寫email,我們將會依照您填寫的電子郵件寄送下載連結給您。
免費下載

將下載檔案寄至:

——————————

更多本公司工程成果分享

追蹤本公司部落格,瀏覽更多工程文章

點擊進入FB粉絲專頁,獲得一手資訊 公司電話:2769-2355

版權所有© 2022駿馳工程股份有限公司,本刊圖文未經許可不得翻印、公開傳播

發佈留言

發佈留言必須填寫的電子郵件地址不會公開。