高施工难度的雪山隧道 雪山隧道是目前趸界上排名第2 长的双孔公路隧 道，曾被视为不可能完成的工程。施工团队引进 了先进的地质调查技术、开挖机具、和地盘改良 工法，也采用多种机电交控设备，提供安全便利 的行车环境，大幅改善东西迫之逞的交通。 文:蔡茂生 雪山隧道 台湾地形受中央山脉阻隔，东西部之间的交通极为困难。台北宜兰之间早年辟设淡 兰古道等步道，後来陆续兴建北宜公路（台九线）、滨海公路（台二线）、北回铁路等。 唯因受限於地形，安全性较差，行车时间长达 2 ~ 3 小时。交通不便影响东部地区发展， 因此有兴建快速公路穿越山区的提议。自民国 72 年起，历经多年的调查、研究及规划设 计，国道五号北宜高速公路於民国 81 年开工，分段完成开放通车，雪山隧道是最後完成 的路段。 雪山隧道自台北县坪林乡至宜兰县头城镇，全长约 12.9 公里，是双孔隧道，两隧道中心 相距 60 公尺。由头城往坪林方向以 1.25％ 的坡度爬升，行车净高 4.6 公尺，路面全宽 是 7.6 公尺。 隧道直径 11.8 公尺，以钻掘机（ Tunnel Boring Machine, TBM）开挖後，组装预铸环片 ，形成圆形断面。若以钻炸法施工时，则开挖断面是马蹄形，以喷凝土、岩钉、钢支保等 支撑，隧道内侧再浇置混凝土（部分以钢筋补强）。 两隧道中间设有直径 4.8 公尺的导坑，施工期间提供地质调查、排水、灌浆等作业需要， 营运时供作维修及救援车辆的备用通路。 主坑每 350 公尺设有人行联络隧道（共 28 条），每 1,400 公尺设有车行联络隧道（共 8 条），以供事故时人员逃生和车辆疏散。车行联络隧道前，设置紧急停车弯，供故障车 辆临时停车和大型车辆回转以进入联络隧道。 两隧道设有 3 组通风竖井（每组进气井与出气井各一），深度 247 ~ 501 公尺，内径 6 公尺，竖井底部设置机房。因两隧道行车分别是爬坡与降坡，车辆排烟量差异甚大，所以 在两通风竖井之间设置中继站，使两隧道空气得以流通，以调和空气品质。 地质调查 台湾位处欧亚大陆板块和菲律宾海板块冲撞处，东北方又有冲绳海槽的作用，因而北部山 区地层构造复杂，断层与褶皱带众多。又因雨量丰沛，大量地下水蓄积於破碎地层，更增 隧道施工的难度。雪山隧道穿越台湾西部麓山带地质区和雪山山脉地质区，沿线地质由西 口的第三纪中新世，向东口方向渐变为较古老的第三纪始新世，分别是枋脚层、妈冈层、 大桶山层、乾沟层及四棱砂岩。 区域内的主要断层包括石槽断层、石牌断层北支、石牌断层南支、大金面断层及金盈断层 ，多分布在隧道线的南端。褶皱构造共 11 条，除莺仔濑向斜和倒吊子向斜两主要褶皱外 ，其余 9 条次要褶皱延伸较短。 为了了解隧道沿线地质构造，自规画设计至施工各阶段分别进行多项地质调查工作，包括 航照判释、野外调查、钻探、震测、槽沟及横坑开挖、现地应力量测、地电阻量测、透地 雷达和隧道内震波探测等，耗费近 2 亿元，完成报告约 125 册。 雪山隧道的施工 隧道工程：近三分之二的雪山隧道位於大台北水源保护区，须尽量减低对环境的影响。又 因地形限制，除南北两端洞口外，须先开凿 1 公里以上的隧道才能进入施工。考量降低劳 工需求、提升国内隧道技术等因素，顾问公司建议引进钻掘机（TBM）工法。 1856 年威森（Charles Wilson）发明 TBM，经过约百年的改进，技术渐趋成熟。自 1951 年起，美国、欧洲、日本等地逐渐运用於引排水、铁公路等隧道工程。 英法海峡隧道的海底段约 22 公里，以 TBM（主隧道直径 8.76 公尺、服务隧道 4.8 公尺 ）分别自两端施工，而於海底接合，在 1991 年贯通。哥达隧道（Gotthard Tunnel）分别 有铁路和公路，隧道长度超过 17 公里，也采 TBM 施工。目前世界上最大的 TBM 是 2005 年西班牙马德里公路隧道采用的两台，直径达 15 公尺。截至目前为止，国内陆续有雪山 隧道、士林水力发电工程头水隧道、新武界引水隧道、和平溪碧海水力发电头水隧道等工 程采用。 TBM 有两种类型。用於岩盘较完整的，多采用无钢壳的机身，以「撑座」顶撑岩盘壁，以 「推进千斤顶」把机头顶入地层，掘削前进开挖，称为「开放型」或「撑座式」TBM。地层 较破碎的，机身设有钢壳保护，称为「盾构式」TBM，并配合采用 RC 或钢制环片支撑隧道 。为同时推进和组装环片而设置两节钢壳的，称为「双盾式」TBM，雪山隧道导坑与主坑都 采用这一型式。 因为 TBM 设计、制造和运输耗时约需两年，期间自头城端，先行以钻炸法施工。遗憾的是 ，一开挖就面对极端破碎地层的挑战，包括断层、剪裂带、涌水等，致使隧道崩坍，TBM 多次被夹埋，必须开挖迂回导坑脱困。其中一次巨大崩坍甚至把北上线主坑 TBM 压毁，进 度严重迟缓，数度几告停摆。 为减低被夹埋事故，在地层较破碎段，先在 TBM 前方开挖先进顶导坑，再以 TBM 开挖下 半断面，称为「混合工法」。另为加速完成隧道开挖，必须设法增辟工作面，因此利用联 络隧道和二号竖井加开工作面，最高曾达 20 余处。在破碎地层和高涌水区段采行灌浆及 排水措施，以使开挖工作得以顺利进行。 竖井工程：为通风需要，须自地面开挖连通隧道的垂直竖井，每处竖井由两口直径 6 公尺 、相距 50 公尺的进气井及排气井构成，深度 238 ~ 501 公尺。施工方法有自地面逐阶往 下开挖的「降挖工法」；或先自地面以钻机钻设导孔贯穿隧道後，再自隧道内换装扩挖头 自隧道向地面扩挖，最後再以钻炸法自地面向下开挖完成，称为「昇井工法」。 里程辨识系统：两隧道壁面每1公里设置里程辨识系统，分别以汉民族及原住民编织图案构 成「时光拼织 12.9」（隧道长 12.9公里），象徵隧道开凿如同织布的一针一线般紧密又 谨慎。图案的使用也可舒缓用路人单调枯燥的心情。 机电及交控设施 电力系统：在隧道两端分别设置变电站，采双回路供电，并各配置两台 4,160 伏、2,000 千瓦并联的发电机组。另设有不断电电源供应设备，可供紧急用电15分钟。 隧道照明：隧道照明共分 5 区段，依交通量、天气、昼夜调整。主隧道照明采用 40 瓦 × 2 日光灯，在洞口段辅以高压钠气灯以加强照明。步道上每隔 50 公尺设置1个逃生指 示灯，在发生火警时点亮，导引用路人逃生。 通风系统：雪山隧道采用加强纵流式通风系统，隧道上方共装设 112 台喷流式风机。通风 竖井、中继站、隧道洞口等处机房装设轴流式送风机共 44 具，依据天候、车流、空气品 质、能见度等设定多种运转模式。 消防系统：雪山隧道设有火警受信总机、侦烟式火警探测器、差动式铜管、火警综合盘等 火警侦测系统，沿线每隔 50 公尺设置一个消防栓箱。 交控系统：雪山隧道设有行车状况的监测设备，利用标志、号志、通讯和广播、资讯看板 等提供用路人交通资讯和采行必要的管制措施。 历经多年的艰辛奋斗，北宜高速公路雪山隧道在 95 年 6 月 16 日正式开放通车。通车以 来，便捷的行车路径导致大辆的车流，对东部地区的发展提供莫大的助益。在此把这项重 大工程的相关内容做一汇整，提供国内外关注人士参考。 以上资料来源:http://www.nsc.gov.tw/files/popsc/2007_71/66-71.pdf 《科学发展》2007年5月，413期，66 ~ 71页(pdf档) 雪山隧道之最纪实： --雪山隧道全长12.9公里；公路隧道世界排名第四；亚洲第一！ --雪山隧道一号竖井深达512公尺，超过台北101大楼高度！ --雪山隧道所开挖出来的土石体积高达509万立方公尺， 是埃及古夫金字塔的2倍、5座中正纪念堂！ --雪山隧道地所使用的混凝土足够建造7个台北101大楼 --雪山隧道交控及机电系统所布设之电缆线可环台湾2大圈！ --

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