鐵路工程臨軌施工之挑戰-以臺鐵中壢站跨站天橋為例

鐵道局北工處第三工務段 巫新煌段長、顏燕清正工程司

台灣世曦營建部 汪子翔副理、廖文彬土木技師、莊凱翔土木技師

一、前言

為配合臺鐵桃園段地下化計畫推動及機場捷運延伸線A23站(中壢車站)施工,在維持臺鐵安全營運下,交通部鐵道局採先建後拆方式,於108年1月開始辦理,臺鐵中壢臨時後站及跨站天橋相關施工。中壢臨時後站及跨站天橋啟用後,原有中壢後站始可拆除,機場捷運延伸線A23站(中壢站)站體,才可以完整施工(工區平面配置詳圖1-1)。未來A23站(中壢站)通車後,機場捷運A21站往南延伸至中壢火車站,除了連結機場捷運及鐵路兩大軌道運輸系統外,亦將使得中壢地區與這些重要交通樞紐串聯,服務中壢地區居民,並提供安全、便捷的交通環境,促進地區整體開發。

本案臺鐵中壢站跨站天橋施工,涉及臺鐵營運月台上開挖天橋基礎施工及跨越軌道上方鋼構吊裝施工作業(如圖1-2),故本文將分享跨站天橋夜間斷電封鎖後施工及鄰近鐵路高風險施工作業經驗,供工程界參考。

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圖1-1 工區平面配置圖

 

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圖1-2 跨站天橋動線示意圖

二、 工程概要

臺鐵中壢站跨站天橋新建工程,設置於既有中壢車站南側,施工範圍包含:中壢車站前站中和路至後站新興路之間,橫跨臺鐵第1月台至第3月台(第1股道至第3股道)管制區,以及前站與後站一般工區。跨站天橋因受限用地範圍,故採3層設計,地面層設置於中壢前、後站旁用地及各月台上,第2層為跨月台天橋(付費區),藉由鋼構樓梯銜接可通往各月台,並於各月台及中壢臨時後站月台,共設置5部付費區內電梯,第3層為跨站天橋(非付費區),於前、後站外用地,設置非付費區鋼構樓梯,並同時設置非付費區電梯各一座,詳圖2-1、2-2。

跨站天橋位於臺鐵營運管制區內,主要施工項目,包含協調臺鐵中壢站辦理停靠列車北移相關系統機電設施調整暨第2、3月台部分雨遮及月台設施拆除、第2、3月台上天橋基礎開挖、天橋鋼構主體吊裝作業、天橋金屬屋頂板及外牆沖孔鋁板安裝施工、建築裝修工程、水環設備及電梯工程等。

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圖2-1 跨月台天橋剖面圖

 

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圖2-2 1~3月台空照圖

三、 重要施工作業

3.1 鐵路沿線作業規定及夜間作業流程

(1)鐵路沿線施工安全作業規定

跨站天橋施工橫跨臺鐵營運管制區,而無法於日間進場施工,僅能於夜間臺鐵各級列車停駛後,申請進場施工作業。施工廠商進場施工,皆須依據交通部鐵道局ISO作業程序RBH-3-S04,鐵路沿線施工安全作業標準規定辦理。於鐵路沿線施工時,承包商應將施工計畫書等相關資料,提送監造單位審查後,向工程段、工程隊提出申請「電車線斷電或路線封鎖(隔斷)」,經臺鐵局同意後施工。施作時應確實依職業安全衛生法、臺鐵局及鐵道局等相關規定辦理。

(2)夜間電車線斷電及路線封鎖作業施工流程

施工廠商於臺鐵營運管制區申請夜間進場施工,每周可施工時間為:平日周一至周四的夜間至隔日凌晨,每日夜間可施工時間僅約3小時。故各工項施工作業,如第2、3月台雨遮鋼構拆除,天橋基礎鋼軌樁打設、月台開挖作業、混凝土澆置施工、天橋鋼構主體吊裝作業、金屬屋頂板構架吊裝等,皆須做妥善的施工規劃方案,方能有效率的完成每日施工進度。

表3-1 每日夜間作業流程時間表

時間

作業事項

00:00-00:30

夜間施工申請單填寫、現場施工人員勤前教育後待命,待末班車抵達中壢站後,前往中壢站行控室辦理電車線斷電及路線封鎖申請作業。

00:30-00:40

中壢站行控室進行斷電封鎖作業,封鎖完成後通知現場進行接地作業。

00:40-00:55

中壢道班電車線接地,接地完成後通知現場施工人員進場開始施工作業。

00:55-03:50

現場人員確認接地完成後開始夜間施工作業。

03:50-04:10

將現場作業收尾、確認鐵道間無雜物遺留後,通知中壢道班解除接地。

04:10-04:30

中壢道班解除接地,完成後通知中壢站行控室進行電車線復電。

04:30-04:40

中壢站行控室完成電車線復電。

04:40-05:30

確認首班車正常行駛通過,業主於交通部施工安全管理系統回報。

 

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圖3-1 現場工班勤前教育後待命

 

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圖3-2 現場接地作業

3.2 第2、3月台跨站天橋基礎施工

中壢車站營運中之第2、第3月台,跨站施作天橋橋墩基礎,為施工風險極高之施工作業,且主要工項之鋼軌樁打設及開挖施工,僅能利用夜間辦理斷電封鎖時間進場作業。本案施作之橋墩基礎範圍,長約29公尺、寬約3.7~4.9公尺,基礎開挖自月台面下4.3公尺深,擋土設施採用8m長鋼軌樁、間距40cm,及一階型鋼內支撐系統。

至於夜間斷電封鎖期間鋼軌樁打設施工時,因月台寬度狹窄不利鋼軌樁施工機具迴轉施工,且每晚實際作業時間不到3小時,故須妥善規劃打樁動線及順序,方可有效率完成目標進度,另因鄰近月台邊緣打樁,機具樁頭距離電車線僅約1.5公尺,故現場作業指揮手,除注意要有充足的施工照明及確認鋼軌樁打設垂直精度控制外,在旋轉移動時,更須注意不得超出月台邊緣,以避免誤觸電車線,影響日間列車營運安全。夜間作業完成後,現場監工人員更須確實完工檢查,巡視周邊月台結構是否有破損裂縫之損害發生,排除影響營運安全之危害因素。

基礎開挖施工時,為提升夜間施工效率盡速完成開挖作業,向臺鐵租借載土車廂,載運至鄰近第四、五股道旁空地堆置,再利用日間外運至棄土場。後續為進一步降低月台開挖後施工風險,於天橋基礎結構完成後,直接以140Kgf/cm2混凝土,進行結構開挖區回填作業,有效縮短作業時程,且鋼軌樁不拔除,以避免因拔除之震動及地層空隙,導致鄰近軌道下陷,危及列車營運安全。

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圖3-3 第2、3月台開挖空照圖

 

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圖3-4 月台鋼軌樁打設

 

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圖3-5 月台開挖及回填

3.3 跨站天橋鋼構主體吊裝施工作業

本案夜間跨越電車線之鋼構吊裝作業,在夜間斷電封鎖每日不到3小時的作業時間內,盡可能地減少吊車起吊次數,以降低空中作業的時間。承包商將跨越鐵路電車線之主要鋼構件進行單元分組後,於日間先在地面上將各單元進行預先組裝(包括DECK板、安全扶手護欄),查驗完成後,再於夜間將整組單元吊起,跨越電車線後再行固定於橋柱。現場安裝方向,由前站開始依序往後站方向施工,施工組裝順序,如圖3-6及表3-2所示。

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圖3-6 跨站天橋主要鋼構件軸線1~6夜間安裝作業範圍

 

表3-2 跨站天橋主要鋼構件分類施工排序表

吊裝階段

軸線位置

主要構件分類

作業方式

吊裝時間

參考圖

1

1A~2

第1月台梁柱結構

日間直接吊裝

2

圖3-7階段1

1~2

第1月台鋼樓梯

日間地面預組後夜間吊裝

1

2

3~4

第2月台梁柱結構

日間地面預組後夜間吊裝

1

圖3-7階段2

3~4

第2月台鋼樓梯

日間地面預組後夜間吊裝

1

3~4

第2月台電梯圍梁

日間地面預組後夜間吊裝

1

3

2~3

第1、2月台間空橋

日間地面預組後夜間吊裝

1

圖3-7階段3

4

5~6

第3月台梁柱結構

日間地面預組後夜間吊裝

1

圖3-7階段4

5~6

第3月台鋼樓梯

日間地面預組後夜間吊裝

1

5~6

第3月台電梯圍梁

日間地面預組後夜間吊裝

1

5

4~5

第2、3月台間空橋

日間地面預組後夜間吊裝

1

圖3-7階段5

 

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圖3-7 施工組裝順序示意

施工廠商於施工前,提送跨站天橋吊裝施工計畫書,詳述各階段預組單元最大載重,進行分析及配合現場作業環境空間,以利吊裝機具選用,可符合最大作業半徑與額定荷重,如圖3-8、3-9所示。夜間主要構件吊裝作業施工時,施工前準備,須確實盤點當日排定吊裝鋼構件預組單元之完整性及吊裝精度預檢核(確認鋼構件吊裝完成位置與預組單元尺寸相符),每日夜間鋼構件吊裝數量,以2.5小時可完成之施工能量計算,以避免有任何突發狀況,影響日間第一班列車營運時間。吊車機具及施工人員,於夜間提前進場準備作業,以確保斷電封鎖作業後,可立即進場施工,並依鋼構件組裝排序謹慎、並有效率吊裝組立完成。

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圖3-8 各階段吊車能量分析

 

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圖3-9 前站工區最大吊能分析

 

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圖3-10 地面預組單元螺栓扭力查驗

 

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圖3-11 夜間單元吊裝

跨站天橋主要鋼構件吊裝完成後,後續夜間施工作業,仍持續有橋面板施工、金屬屋面板、金屬外牆面板組裝、電梯玻璃帷幕安裝及其他雜項構件安裝等。金屬屋面板支撐骨架與鋼構吊裝之處理方式相同,先妥善規劃分割單元後,分批進行地面單元預組,再於夜間吊至天橋屋頂上高度組裝固定(圖3-13)。另橋面板施工澆置作業,夜間澆置前,須徹底巡檢Deck板開口止漏措施(圖3-12),以避免澆置時漏漿至鐵路電車線上,並同時確認水源及備齊高壓沖洗機,以因應意外發生。澆置時亦須注意澆置速度,以防壓送管爆管等問題。

橋面板澆置完成後,須立即於兩側外牆組立安全欄杆及護網,後續為金屬外牆面板(沖孔鋁板及金屬防護網)組裝,仍須於夜間完成金屬外牆面板固定件焊接,並依序安裝沖孔鋁板及金屬防護網。金屬外牆面板完成後之橋面板上,其他水電及裝修作業,將可於日間進行施工作業。

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圖3-12 巡檢Deck板開口止漏措施

 

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圖3-13 屋頂板支撐骨料地面預組

3.4 施工安全監測作業

月台開挖及基礎施工階段,為監測施工作業對鄰近軌道之影響,除每日派員巡檢目視月台結構及軌道沉陷是否安全無虞外,另於月台開挖區範圍,前後之第1~3股道軌枕處,每隔3m配置地面型沉陷基準點(共計45處)。從月台開挖至天橋基礎回填完成前,每週進行2次監測軌道沉陷變化。施工期間,軌道沉陷點歷時曲線監測值,累積最大沉陷量為3.7mm,皆未超過安全警戒值(5mm),對列車營運安全未造成影響。

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圖3-14 軌道沉陷點每週最大值歷時曲線

四、結語

「臺鐵中壢臨時後站及跨站天橋」新建工程,於施工期間,有賴施工團隊戰戰兢兢,妥善規劃各項施工方案及掌控進度。歷時約半年時間,施工團隊更是日夜努力不懈、謹慎施工,且確實遵守鐵路沿線施工安全相關規定,無任何工安事故發生,順利於109年10月完成營運啟用的里程碑,對後續機場捷運延伸線與臺鐵桃園段地下化計畫之推動,有極大之助益。

 


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