关关于高铁桥梁及隧道施工图解 精品.docx
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高铁桥梁及隧道施工简介
摘要
台湾高速铁路主体工程的兴建自公元2000年三月起，几乎是全长330公里同时动工。
其中近80%为高架桥，10%为隧道，为期于公元2005年十月份顺利通车，不论桥梁与隧道，均采用了快速安全的施工方式。
本文简单叙述台湾高铁桥梁与隧道施工方式。
1、前言
台湾高速铁路计划由台北至高雄，全长345公里，除由台北车站至新庄树林处之15公里由政府兴建外，其余330公里全由台湾高速铁路公司负责兴建。
全线共分为12个土建施工标。
经过邀标、议约、议价及决标的程序后，各标均于2000年中陆续开始施工。
土建标均采设计施工合一（D/B）之合约型式，由土建承商按合约所订之设计与工程规范，自行委请顾问公司办理设计，另再委请独立审查顾问办理设计审查工作。
表一即为各土建标承商及其顾问公司之综整表。
由台湾高铁公司负责兴建的330公里中，高架桥即有250公里，约占全线之76%，隧道长度为44公里，约占全线之13%。
高架桥与隧道之施工于本案中，占有极重要且关键的角色。
本文即就本案各标高桥梁与隧道的施工方法摘要报告。
表一、台湾高速铁路土建工程总揽表
土建合约
合约范围
路线长度
（公里）
承揽承商
设计顾问
设计审查
（CICE）
开始日期
预定日期
C210
16K+800~28K+080
11.280
日商大林组
互助营造
Sinotech
TYLin
Muller+Hereth
Leonardt,Andra&Partners
2000/4/1
2004/11/26
C215
28K+080~68K+540
40.460
日商大林组
互助营造
Sinotech
TYLin
Muller+Hereth
Leonardt,Andra&Partners
2000/4/1
2004/6/29
C220
68K+540~86K+320
17.780
日商大丰九泰营造国开营造
Moh&AssociatesIOALexiq
SGTE
2000/4/1
2004/6/29
C230
86K+320~109K+760
23.440
韩商现建营造中麟营造港商亚太工程
HyderGeoconsult
ParsonsBrinckerhoffMerzMcClellan
2000/4/1
2004/8/28
C240
109K+760~130K+600
20.840
韩商现建营造中麟营造
HyderGeoconsult
Kampsax
2000/5/1
2004/7/29
C250
130K+600~170K+400
39.800
德商豪赫蒂夫荷商霸力顿泛亚
HochtiefBallastNedam
Kampsax
2000/5/1
2004/6/29
C260
170K+400~207K+015
36.615
德商皕德大陆工程
Bilfinger+BergerSinotech
Moh&Associate
2000/4/1
2004/6/29
C270
207K+015~249K+814
42.799
德商皕德大陆工程
MaunsellSinotech
Moh&Associate
2000/4/1
2004/6/29
C280
249K+814~284K+221
34.410
韩商三星韩商重工理成
ByucksanParsonsBrinckerhoffRESICTCI
Hyder
2000/3/1
2004/5/29
C291
284K+221~312K+734
28.513
日商清水建设长鸿营造
Moh&Associates
TYLin
2000/4/1
2004/1/31
C295
312K+734~340K+058
27.324
日商清水建设长鸿营造太电
Moh&AssociatesJeanMullerInt'l
ParsonsBrinckerhoffMerzMcClellan
2000/4/1
2004/5/10
C296
340K+058~343K+120
3.062
泰商意太建设长鸿营造太电
Moh&Associates
TYLin
2000/4/1
2004/1/31
2、高铁桥梁之设计与施工
2.1高铁桥梁的设计考虑
高铁桥梁基于安全、舒适，易于维护的前提下，在设计上有些特别的考虑，兹举数则条列如下:
1.采用钢筋混凝土或预力混凝土桥梁，并尽可能避免采用钢构桥梁。
2.桥梁之所有支承均应易于检修，并应在结构体使用寿命期间内，以不影响列车正常运行之情况下轻易调整及更换。
支承之更换作业应局限在午夜至凌晨6点之间并于4小时之内完工。
3.桥梁之设计应将维修吊车于桥面版悬吊部位造成之垂向载重纳入考虑。
4.上部结构应于顶版底面每一检修口上方预埋可承受3公吨吊装重量之吊环。
所有检修口均应配置可上锁之镀锌钢盖板。
5.最大设计地震力：
系考虑地震回归期为950年之地表加速度，在此地震作用下，主结构允许产生非弹性变形并允许损坏发生，并应可修复，惟不允许结构发生脆性破坏，以致倒塌。
6.安全运转设计地震：
相当于三分之一之最大设计地震力。
在此地震作用下，结构反应必须维持在弹性范围，不得有塑性变形产生。
7.增加桥梁支承长度：
高铁桥梁设计规范规定桥梁最小设计防落长度为政府颁布之铁路桥梁耐震设计规范之规定值1.2倍。
8.通过断层之结构型式选择：
以较柔性之结构物（如路堤）通过为主，以加速地震后修复速度，如因现地限制，需采桥梁通过，则需额外加大防落长度。
9.施工中地震力之考虑：
土木承包商需依据高铁桥梁设计规定，以25%之设计地震力设计相关之施工设备，以确保施工设备于施工期间之结构安全。
2.2高铁桥梁的结构型态
一、基础
（一）、扩展基脚（SpreadFooting）
扩展基脚属浅基础，其断面尺寸为（L*W*D）10m*10m*2.25m～17.5m*17.5m*2.7m。
若土壤之承载力适合而且无沈陷之疑虑，则扩展式基础在施工上比桩基础简便许多。
扩展基础仅限在接近地表处存在适当之承载层，且其下方无任何具高度可压缩性质之土层，经计算所得之沈陷量并未超过容许限值之状况下使用。
扩展基脚于台湾高铁计划的使用情形如表二。
图一为C220标新竹车站段之一例。
施工范围
基础总数量
（座）
扩展基脚
（座）
区域扩展
基脚比例
混凝土立方
（立方公尺/座）
北工段
（C210~C240）
1,644
1,138
69%
280～830
南工段
（C250~C296）
6,431
1,094
17%
225～456
总计
8,075
2,232
28%
表二、台湾高铁桥梁浅基础
图一、扩展基脚（C220标）
（二）、桩基础（PileFoundation）
桩承基脚属深基础，桩径为1.5m～2.5m；根据台湾高铁针对桩承基础之规定，凡于浅基础无法以安全、经济之方式承载设计载重，且又无法符合规定之沈陷标准者，均应使用深基础。
另即使于地层之承载力适合使用浅基础处，若表层土壤有遭受冲刷或冲蚀之虞者，仍应使用深基础设计。
高铁沿线基桩型式大多采全套管基桩及反循环基桩，基础之型式与深度应依工址地工调查之结果判定，并根据地工调查之结果计算基础土壤之容许承载压力、基桩承载力、预期沈陷量与地下水位等数据。
施工范围
基础总数
（座）
桩基础
（座）
桩数量
（支）
总桩长
（公尺）
平均桩长
（公尺）
区域桩承
基础比重
北工段
（C210~C240）
1,644
506
4,809
135,077
28.1
31%
南工段
（C250~C296）
6,431
5,337
25,111
1,338,583
53.3
83%
总计
8,075
5,843
29,920
1,473,660
49.3
72%
表三台湾高铁桥梁深基础
桥梁基础设计为因应工址地质与区域地震力变化而有差异，尤其高铁桥梁工程纵贯台湾西部走廊，桥梁总长约250公里，沿线之基础设计考虑与设计结果反应其工址地质与区域地震力变化；表三为桩基础于台湾高铁计划使用之情形。
由表二与表三之统计数据，北部标段之基础型式采扩展基脚比重较南部标段高，南部采用桩承基础之平均桩长远较于北部标段高出约一倍。
除扩展基脚与桩基础外，高铁全线并未采用其它型式之基础。
二、墩柱
皆为场铸桥墩，形式有单柱、双柱、三柱、四柱及Y形柱，其断面尺寸为﹙L*W﹚2.5m*2.5m～5.0m*4.3m或3m～5m直径之圆柱。
单柱结构广泛使用于主线高架桥结构中，双柱、三柱、四柱结构各为车站路线结构，而Y型柱（如图二）仅见于C295标。
墩柱基础顶部之覆土厚度依台湾高铁规定不得小于600mm，且都会区内以及邻近公路地区之基础顶部高程应符合相关主管机关之规定，以容纳地表排水与管线设施施作所需之深度。
轨道及相关工程完工，经所有外加呆载重作用后，相邻墩柱间之差异沈陷量不得超过下列限制：
●简支多跨桥梁–差异沈陷之斜率不得大于1/1,000
●连续跨桥梁--差异沈陷之斜率不得大于1/1,500
混凝土之弹性模数E（杨氏系数）应符合交通部「公路桥梁设计规范」之规定。
混凝土、钢筋、预力钢绞线、预力钢棒等材料之应力与应变关系亦应符合交通部「公路桥梁设计规范」之规定。
桥梁结构混凝土于28日龄期之最小抗压强度应符合如表四之规定。
桥梁结构
桥梁结构混凝土于28日龄期之最小抗压强度
基椿、方桩、沉箱
245kg/cm2
基脚、桩帽、桥墩
280kg/cm2
钢筋混凝土结构
280kg/cm2
预力混凝土结构
350或420kg/cm2
表四高铁桥梁结构混凝土于28日龄期之最小抗压强度规定
图二Y型墩柱（C295标）
三、上部结构
主线线形的设计，最大纵坡为2.5％，少数路段为3.5％。
最小曲率半径为6,250公尺，特殊路段采用5500公尺半径，侧线因非营运使用线路故采用较低标准的相关设计规范。
除车站区附近之桥梁段采4～6轨道设计外，台湾高铁之桥面净宽皆为13公尺，提供双轨道﹙北上及南下各一轨道﹚之营运使用，并符合最高设计速度为350公里/时之运转及最大营运速度达300公里/时之安全需求。
为确保乘客搭载列车之安全与舒适，高铁所有高架桥结构之容许角变量之规定较一般公路规定更严谨，详表五（中间数值得采线性内插法求取）：
跨距
（公尺）
垂直折角
（/1000）
水平折角
（/1000）
10
20
30
40
≧50
1.7
1.7
1.5
1.3
1.3
1.7
1.7
1.7
1.3
1.3
表五高架桥结构之容许角变量
台湾高铁上部结构型式区分为箱型梁、I型梁及其它型式之大梁，使用情形如表六：
结构型式
总长度（公尺）
占总上构百分比
预力系统
预铸箱型梁
137,403
55.0%
先拉法、后拉法、
先拉加后拉法
场铸箱型梁
106,735
42.8%
后拉法
I型梁
4,980
2.0%
后拉法、
先拉加后拉法
表六台湾高铁桥梁上部结构型式
其它
605
0.2%
（一）、箱型梁
承载二股轨道之所有正线桥梁均以采用预力混凝土单孔箱形梁为原则，箱型梁得采预铸或场铸方式铸造。
高铁箱型梁除少数采先拉（C280）或先拉混合后拉（C215,C250）预力工法外，后拉预力箱型梁属最普遍之预力施工法，其断面尺寸依跨距及工址而有异，梁深2800mm～4630mm，梁底宽4600mm～6000mm。
图三箱型梁（C260标）
图四箱型梁（C270标）
图三与图四分别为C260与C270标已完成铸造的与柱箱型梁，即将予以吊放。
（二）、I型梁
高铁C220标及C250标在车站附近之主线及南北调车线之桥梁上构工程采用预铸I型梁，其平均重量达145公吨／支，最重可达230公吨／支。
其中C250标之预力系统则采用先拉与后拉并用方式。
图五与六为其示意。
图六I型梁先拉预力设计细部
图五I型梁断面图及先拉预力钢铰线配置
（三）、其它型式之上部结构
在长跨距及符合工址条件下，可考虑采用钢桁架桥梁或复合钢结构。
复合结构采用钢箱形梁与混凝土桥面版为宜。
钢桁架桥梁或复合式钢构桥梁大部份是应用在跨河川、道路等桥梁。
如C220标之头前溪桥为全长140公尺之钢桁架桥梁，C210标经一号省道之钢桁架桥等。
2.3桥梁施工法
高铁桥梁施工法包括全跨预铸工法（FullSpanLaunchingMethod；Pre-castSpanMethod）、支撑先进工法（AdvanceShoringMethod；MovableScaffoldingSystem；MovableShoringSystem）、悬臂工法（CantileverMethod）及场铸支撑工法（FixedShoringMethod），其工法施工简介如下：
一、全跨预铸吊装工法（FullSpanLaunchingMethod）
（一）、工法概述：
系将全跨预铸工法整个工法作业流程区分成三大阶段，即生产预铸梁、运送与吊梁：
1、生产预铸梁：
预铸场之配置位于线形桥梁之端点或中心位置，单一施工范围在10公里至20公里不等；上部结构于预铸场内完成钢筋绑扎、布设钢铰索、预力施拉、混凝土浇置、养护至表面处理完成，铸梁作业完全不受天候影响。
C215标之箱型梁铸造系采用预铸方式，而铸造时系先对底版施以先拉预力，蒸气养护完成后，再对翼版施以后拉预力，如图八之流程图所示。
图八预力箱型梁铸梁流程（C215标）
此外，预铸场之配置计划是影响施工进度与施工管理重要因素之一；以C215标为例，因预铸场之取得不易，其总占地面积为5公顷并配置于TK44+300，配合唯一全跨预铸吊装工作面总长约18公里﹙TK44+775～TK64+114﹚铸梁，相较于C260标共18公顷之两处预铸场之配置，C215标之工作面之展开受到较大冲击。
2、运送：
预铸梁完成后，运梁载具于预铸场将预铸梁运至吊放处，既成桥面形成运梁通道，可避免对沿线地面产生冲击。
目前高铁使用之运梁载具有
（1）胶轮悬吊式运梁车；
（2）胶轮上承式运梁车，详图九、十。
图九胶轮悬吊式运梁车（C215标）
图十胶轮上承式运梁车（C260标）
C215标采用之胶轮悬吊式运梁车载重之行车时速为3.0公里，空车之行车时速为7.5公里；C260标采用之胶轮上承式运梁车载重之行车时速为10公里﹙实际为6公里／小时﹚，空车之行车时速为15公里。
（3）、吊梁：
先将吊梁机固定于两端之墩柱上，再吊放预铸梁并完成定位。
（二）、施工考虑：
多跨之箱形梁高架桥若采预铸逐跨工法施工，应考虑下列之施工状况：
1、一组箱形梁与一组运梁车合计之静载重外加10%之冲击载重，位于另一组箱形梁上造成最不利载重条件之位置。
2、运梁车车轮传递至下方箱形梁上之载重于下方箱形梁顶版造成之局部应力。
3、运梁车所承托箱形梁本身之局部应力，例如支承点及吊装点之局部应力。
4、推进桁架之静载重应假设作用在对桥墩与箱形梁造成最不利载重条件之位置。
图十一至十六即为几个大梁吊放的实况。
图十一全跨预铸吊梁（C215标）
图十二全跨预铸吊梁（C215标）
图十三全跨预铸吊梁（C250标）
图十四全跨预铸吊梁（C260标）
图十五全跨预铸吊梁（C270标）
图十六全跨预铸吊梁（C280标）
二、支撑先进工法（AdvanceShoringMethod）
支撑先进工法系将大梁安置于桥梁侧之两支托架上，再将系统模板组立于活动支撑架上，俟整跨桥梁混凝土浇置并施拉预力后，将整组活动支撑架及系统模板推至下一跨桥梁并完成定位，如此逐跨重复上述作业流程至全部桥梁完成为止。
多跨之高架桥若采逐跨支撑先进工法施工，应符合下列之施工条件：
（一）、任何断面处之预力钢腱续接量均不得超过50%；
（二）、相邻预力钢腱之续接位置至少应沿纵向错开10m。
图十七为C291标以支撑先进法场铸大梁的情形。
图十七支撑先进工法（C291标）
三、悬臂工法（CantileverMethod）
悬臂工法系于最先完成之桥墩或桥台上方桥面上架设工作车，按照节块大小向两侧或单侧施筑，并施拉预力，直到全部桥梁闭合为止。
悬臂工法应用于台湾高铁之连续大跨径之桥梁，如C215标于在湖口跨中山高之三跨连续桥梁﹙最大跨径为110公尺﹚。
四、节块推进工法（IncrementalLaunchingMethod）
节块推进工法（以下简称ILM工法）系与悬臂工法完全相反之构想而发展，其最显著之差异在于制梁场所之位置与移动与否；悬臂工法系将制梁场之位置配合施工进展而移动；ILM工法则将制梁场固定于临近之桥台后方而移动梁本体之施工方式。
ILM工法，系预力混凝土梁由节块组成，惟每一节块须断面变化小，首先在临近桥台或桥墩后方之预铸厂内铸造混凝土节块，俟混凝土强度达到一定强度后，再施拉预力钢腱与前一节块连结，之后将节块由桥台往桥中心方向推展，依序重复制梁→衔接→推进之循环作业，直到所有节块施筑完成并推至定位为止。
目前，台湾高铁全线仅C260标其中三座桥梁（约1.02公里）采用ILM工法，这三座桥梁属于连接八卦山几座隧道且构筑于深谷之上，此ILM工法之应用可克服因地势条件而受限制之施工动线。
图十八及十九即为该标施作的情形。
图十八钢制节块推进鼻梁（C260标）
图十九反力导轨（C260标）
五、场铸支撑工法（FixedShoringMethod）
场撑支撑工法系于墩柱完成后采单跨且逐跨支撑梁底模于地面上，于该跨模板内组立钢筋、浇置混凝土、施拉预力至拆模，如此逐跨重复施筑直至全段完成为止。
此工法零星应用于台湾高铁全线，如应用在全跨预铸吊装工法、支撑先进工法或悬臂工法之开端与末端之桥梁段，应用虽属灵活但并非高铁工程之主要桥梁工法。
图二十为C210标使用全跨支撑场铸大梁的情形。
图二十场铸支撑工法（C210标）
2.4大梁工法的比较
各标土建厂商由于在设计施工时，有相当大的自主空间，在施工方法的选择上多以时程与成本作为首要考虑。
至于何种施工法较为优，恐于现阶段难进行全面而客观的评估。
提供表七之比较表作为参考。
表八为将台湾高铁全线高架桥大梁施工法做一综整，以供参考。
标段
预力
预铸场
（处）
生产线
（条/预铸场）
单一生产线进度（日/支）
吊梁进度（支/月）
附注
C215
先拉+后拉
1
3
3
30
C250
先拉+后拉
2
2
2
30
胸墙一并吊装
C260
后拉
1
3
2
32
C270
后拉
1
2
2
30
C280
先拉
2
2
3
25
表七、预铸大梁施工法的比较
桥梁施工法
适用跨径
（公尺）
适用桥长
（公尺）
工法优点
适用条件
施工总长度
（公尺）
占总桥梁长度百分比
采用之
施工标段
全跨预铸吊装工法
▪施工速率快，且可节省人力。
▪作业具周期性，质量管理佳。
▪既成之桥面提供运梁通道，避免对沿线环境产生冲击。
▪采预铸制造整跨箱型梁，不受天候影响。
▪长跨距桥梁。
▪桥梁沿线有足够腹地提供预铸场之设置。
136,383
55%
C250
C260
C270
C280
支撑先进工法
30~60
200以上
▪不需架设地面支撑，适用于都会区域或跨越道路、桥梁、铁路或河川而不影响交通。
▪机械自动化且具循环之施工特性，施工质量与工期易控制。
▪施工设备能重复使用，可节省人力，降低成本，缩短工期。
▪完成之桥面可作人员、机具设备及材料之运输通道，减少对附近环境之冲击。
▪较无几何形限制。
▪桥长超过800公尺才具经济性，若能达1200公尺以上时，更具经济性。
▪上部结构采等断面设计。
67,605
27%
C210
C215
C220
C230
C240
C250
C291
C295
平衡悬臂工法
60~250
▪不需架设地面支撑。
▪施工场所集中，易于管理。
▪重复性作业流程，劳工易于训练。
▪对周遭环境冲击小，且于跨道路施工时，桥下交通不需管制。
▪施工可不受天候影响。
▪适用于中长跨径桥梁。
▪适合不规则地形，或跨越道路、桥梁、铁路、河川而不影响交通。
▪上部结构采变断面设计。
▪桥面高于10公尺以上之桥梁。
9,007
3.6%
C210
C215
C220
C230
（续上页）
桥梁施工法
适用跨径
（公尺）
适用桥长
（公尺）
工法优点
适用条件
施工总长度
（公尺）
占总桥梁长度百分比
采用之
施工标段
节块推进工法
40~65
300~800
▪不需架设支撑架、无吊装作业。
▪施工不受天候影响，质量与工期易控制。
▪铸造节块活动模板与推进设备，可重复使用，节省人力，降低成本。
▪施工地点集中，易于管理。
▪因循环作业，劳工易训练。
▪适用于长跨距桥梁或能继续应用于其它工程（因其临时设备成本高）。
▪纯直线或曲率半径大之圆曲线之桥梁，大梁断面宜单纯，梁深必须固定。
▪适合跨越道路、桥梁或铁路而不影响交通或河川深谷等地区施工。
▪市区、住宅区等工程公害成为问题者。
▪桥台后方有足够之空间设置预铸场。
1,020
0.4%
C260
场铸支撑工法
30~50
▪模板可自由调整。
▪施工调度灵活，可随时增设工作面。
▪施工技术层次较低，人员不须高度专业训练。
▪设备成本较低。
▪适用于线型变化较大及增减车道。
34,157
14%
C210
︱
C296
表八、台湾高铁桥梁施工法
3、高铁隧道施工
3.1高铁全线隧道概述
高铁全线隧道主要分布于中北部路段，从台北盆地南缘大坑山，经林口台地、湖口台地、新竹苗栗丘陵区到八卦山为止，隧道通过地层除回龙外，均属年轻软弱地层，而卵砾石、软弱岩质施工在国内隧道界施工经验较少。
高铁全线隧道分布可依标别、长度区分或依岩体类别区分，整理如下表：
一、依标别、长度区分：
共47座总长44,046公尺。
C210
C215
C220
C230
C240
C250
C260
长度统计
【百分比】
长隧道
（L>3000）
【4座】
林口
（6,482）
湖口
（4,292）
苗栗
（3,060）
八卦山
（7,360）
21,194
【48.1%】
中长隧道
（1000≦L
<3000）
【6座】
回龙
（2,1
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