橋墩基礎遭遇超高壓電纜之周延防護對策

公路總局二區養護處 臺中工務段 王嘉源副工程司

公路總局二區養護處 谷關工務段 呂正安 段長

林進基 技師

壹、前言

沙鹿陸橋位於台12線3K+506~4K+156,為臺中市台灣大道七段至八段交接處,西側為梧棲端、東側為沙鹿端,高架橋下中山路北往清水區、南到龍井區,也跨越海線鐵路。橋兩旁民宅密集,戶數逾400戶,如圖1及照片1所示,且多屬老舊3-4層之房屋,無可用遷移管線腹地。又橋址附近有沙鹿火車站、沙鹿高工等機關學校、帶狀市場、郵局、銀行等重要民生機關;加上龍井交流道及沙鹿交流道、台1線中華路、台61線西濱快速公路、向上路等省道及地方重要道路匯集於此。每日雙向車流量約40,000PCU,以整體施工中的交通衝擊考量,不能全線封閉或遷移橋址。

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圖1 沙鹿陸橋平面位置圖(上)及立面圖(下)

 

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照片1 沙鹿陸橋鄰房密集且又跨市區中山路及海線鐵路

沙鹿陸橋為雙向8車道、外側各配置機慢車及人行地下道,考量維持台灣大道車、機慢車及行人等通行,故採第一階段施作中央主線(雙向4車道)及北側人行地下道、第二階段施作兩側匝道(雙向4車道)、機車地下道及南側人行地下道,改建標準斷面如圖2所示。工區管線密佈,計有電信、電訊、瓦斯、警察、軍方及有線電視等15單位管線,其中主線下方墩柱受水、電雙夾為施工最大阻礙:「兩橋墩之間」有自來水供水幹管,且其中靠北側之墩柱旁,又有台電69KV超高壓電纜,如圖3所示;主線橋墩PN5基礎自來水管潛盾穿越鐵路,及橋墩PN1-2遇高壓電纜斜交穿越。

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圖2 沙鹿陸橋第二階段改建兩側匝道、機車及南側人行地下道標準斷面圖

 

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圖3 沙鹿陸橋既有主線橋墩受水、電雙夾示意圖

由於管線問題複雜,因此施工前需構思周延對策,否則釀致大規模停水、停電、海線鐵路遭淘空沉陷等重大社會案件,損失恐難以估計。本工程特性為無法遷移橋址重新改建、及管線皆無可臨時遷移或全線封閉,如同穿著衣服改衣服,深深考驗施工團隊之對策周延到位與否。

貳、69KV超高壓電纜管槽安全保護對策

一、
施工前置作業-橋址下方管線調查

既有沙鹿陸橋係民國70年完工,69KV高壓電纜亦於同期埋設。本次改建設計階段,即已召開管線協調會,取得電纜之分佈圖說。該時期尚以手繪方式完成圖面資料,加以管線圖資,皆採相對結構位置繪成、未按比例繪製,而將大小管皆以單線表示,且地形、地貌經30多年變遷,造成管線圖說精準度偏低。

為提高設計精確度,主辦機關交通部公路總局第二區養護工程處,於工程發包前,即會同設計單位進行探挖,掌握管線分佈狀況,且將因應之圖說,如基礎尺寸加長、基礎採獨立基礎調整為聯合基礎等,皆預置於設計圖中,以減少發包後變更之情事。工程發包後,則會同台電,以「慣性定位」確認平面位置,再與承攬廠商逐墩局部開挖確認埋設深度,將69KV超高壓電纜槽,縱向穿越工區情形作三維確認:於橋墩PN2時,由西行線匝道轉至主線北側,再縱向穿越工區至橋墩PN9(臨中山路),如照片2所示,其埋深約地表下1公尺。

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照片2 沙鹿陸橋69KV埋深約1m,由PN2穿越至PN9平面情形

二、
全套管基樁施工安全防護

考量工區施工範圍狹隘,全套管機具僅能於69KV超高壓電纜上方作業。因電纜座為混凝土材質,本身無韌性且覆土不足1m,恐因基樁搖管機振動反力、吊車荷重及動力振動等,造成69KV超高壓電纜破損短路爆炸。

經施工團隊集思廣益後,採用型鋼式摩擦樁加鋪鋼板工法(Friction Pile with Steel Plate Method),作為全套管基樁施作期間,超高壓電纜管座之保護措施,經技師計算檢核後,配置如圖4所示。透過先打設2排H型鋼、再於其上鋪設鋼板,藉由鋼板承載、型鋼傳力之機制,將搖管機於作業時之自重及動力載重,繞過69KV超高壓電纜傳至地底,且能無損及包覆管線之混凝土。本工程共計施作163支全套管基樁,均未造成超高壓電纜損傷。

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圖4 型鋼式摩擦樁加鋪鋼板工法保護電纜座示意圖

三、克服電纜管溝下方基礎施工(管線臨時保護措施)

台電69KV無筋混凝土電纜槽,淺埋縱向穿越工區,與PN2基礎橫交。經多方考量電纜遷移難度、受限前後舊有基礎PC樁無法移除及PN2基礎位置無法變更調整,最終由設計單位提出:(1)基樁採不對稱分佈-由4支變更為3支-以閃避電纜溝槽;(2)重新檢核基樁承載力,將基樁長度由32.2m增至36.2m;(3)重新檢核基礎板穩定性,將獨立基礎改為聯合基礎;(4)配合先主線-後匝道之半半施工方式,先施作主線基礎並預留橫向鋼筋,採續接器續接。如此,不僅可克服不對稱分佈之基樁承載效率較低之問題,也兼顧施工可行性及避免管線遷移等。而在搭載69KV之45cm*75cm無筋混凝土管槽下方施工、高感電危害因應對策及開挖崩坍危害防護。

採行步驟:(1)施作擋土支撐,於基礎周圍打設9公尺長之鋼板樁;(2)為克服管體橫交處無法打設鋼板樁,故於管體下方打設高壓噴射水泥樁(CCP樁),如圖5及照片3所示,如此,可將鋼板樁及CCP樁結合成開挖完整保護,確保無崩塌危害;(3)進行第一階降挖至80cm深及架設第一層水平支撐;(4)開挖至管體,不得超挖,如照片4所示,以免不均勻沉陷造成管體結構斷裂短路;(5)於基礎坑外佈設傾斜管及水平支撐上安裝應變計等進行監測。

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圖5 匝道PN2基礎受69KV電纜槽橫交而調整配置示意圖

 

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照片3a 基礎周圍打鋼板樁

 

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照片3b 打設CCP樁

 

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照片4 基礎第一階開挖須高於管溝底部以免不均勻沉陷而斷裂

台電管體橫越基礎坑,需考量開挖後之懸空段能安全承載自重,由於混凝土纜槽係無鋼筋、無韌性,不能以先開挖再支撐之方式。於是施工團隊研提上方架設鋼梁、再以鋼索懸吊電纜槽之方式,經檢核配置適當尺寸之鋼梁及鋼索,使整體安全穩定,如圖6。其施作步驟為:(1)於基礎(寬7.35m)坑外兩側各打設2支H350*350*12*19-L11m之型鋼作為架設水平鋼梁之支撐使用;(2)降挖第一層基礎土方安裝水平支撐,確保無崩塌危險後人工開挖至電纜管溝底部;(3)清除混凝土纜槽需配置鋼製鍊條處之下方土砂以供鍊條穿越,於穿越後以手搖鍊條式工具調整確認緊實;(4)進行基礎坑第二階段開挖,並進行基礎鋼筋綁紮及模板組立。照片5為完成鋼鍊條吊掛混凝土纜槽之情形,此法可達到管線安全保護,克服以往用水平型鋼支撐管體之方式。

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圖6 採用鋼梁及吊索結構系統安全吊掛69KV無筋混凝土電纜槽配置圖

 

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照片5 鋼梁及鋼鍊條懸吊系統安全吊掛無筋混凝土電纜槽情形

參、結語

沙鹿陸橋改建工程為典型市區施工且緊臨約400戶老舊鄰房,施工腹地狹隘嚴重受限,又遭遇民生及工業必需之大型地下電纜、水管等挑戰。困難的工項經拆解施工步驟、掌握關鍵高風險因子及研擬施工安全對策,到現場按步就班落實督導周延執行,且事先研擬遇特殊狀況之處置機制,則可化繁險為簡易安全。台灣營造技術水準已大幅提升,惟土木工程面對的挑戰種類繁多,公共工程近年更以工安零事故、及降低施工對民生衝擊等為努力目標。本文所提克服管線障礙方式,可免除以往斷管拆除、臨遷復舊、永久遷移、傳統臨時支撐造成不均勻沉陷等問題,供先進交流共思不影響工進及不影響民生之安全工法。

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