吳義隆 局長/成大都計博士/高雄市政府捷運工程局
葉錦璋 土木技師/副理/台灣世曦高工處
林正國 監造主任/台灣世曦高工處
劉佩璋 施工所長/新亞建設公司
葉木中 結構技師/亞新工程顧問
一、前言
國內各大都會區捷運建設計畫,正如火如荼積極推動中,從可行性評估、綜合規劃、設計、施工、營運等,均依照既定時程,全力趕辦中,高雄市政府在捷運建設計畫的推動上,更是向前大步邁進。目前共有三條路線營運中,分別是紅線、橘線和環狀輕軌,2021年12月累積運量已突破7.7億人次。除了既有的捷運暨輕軌營運之後,高雄捷運局正辦理捷運黃線,小港林園延伸線中,加上施工中的岡山路竹延伸線、以及已通車到輕軌C24愛河之心站之輕軌二階,總共耗資2,416億元的「捷運四線齊發」工程,將使現有61.8公里的捷運路網,幾近倍增至114.3公里,引領高雄邁向更綿密的軌道交通運輸時代。
捷運工程,大部分均在繁忙的道路上施工,經常面臨各式各樣挑戰,本文將以『既有橋梁抬升工法』作分享。以高雄捷運岡山路竹延伸線穿越介壽陸橋為例,從設計、施工構想,考量工址複雜環境、地質條件、既有結構、施工時程、空間受限及施工安全等因素,透過風險評估,工程團隊集思廣益,研擬安全的橋梁改建施工工法。藉由本工法施工過程的紀錄與經驗分享,提供工程界參考。
二、工程概述
本工程範圍,起點為高雄捷運南岡山站(R24)北端尾軌,往北爬坡穿越介壽路橋及跨越阿公店溪,路線轉至台1線,往北至臺鐵岡山車站前,計畫長度約1.193 公里,設置一座高架岡山車站(簡稱RK1車站),計畫路線示意圖,詳圖1。案例橋址位於岡山區介壽東路,於台1線中山南路上方之介壽陸橋,捷運路線出R24車站後,以平面線型與介壽陸橋交會,採箱涵穿越介壽陸橋下方。因應捷運路線線型至介壽陸橋處,以3%坡度拉升,為保有足夠穿越介壽陸橋路堤之淨高空間,必須提高介壽陸橋的台1線及舊臺鐵上方之線型,故需辦理陸橋抬升;另考量陸橋東側營運中臺鐵路線安全,以不變動臺鐵上方橋梁之線型與高程,調整提高台1線及舊臺鐵上方之橋梁線型與高程為原則,詳圖2,整體陸橋縱坡設計規劃,需符合道路規範。
本案工程已於110年12月30日完工並開放通車。
圖1 計畫路線及案例工程位置平面圖
圖2 介壽陸橋與省道及臺鐵相對位置圖
三、設計議題
1. 上構橋梁減重(詳圖3)
(1) 介壽陸橋民國89年之竣工圖,無結構部分圖說內容,無法得知結構尺寸,鋼筋配置及基樁元素,僅能由平、縱斷面概略得知橋台型式。
A. 陸橋抬高後,既有橋台高度需加高,背後填土亦加高,橋台本身及基樁將承受額外垂直力及彎矩。
B. 現場鋼筋探測,無法測得牆身主筋位置,基樁亦無法探測,因此無法進行補強計算。
C. 因應前述問題,方案採不額外增加橋台本身受力為對策。
(2) 陸橋抬升之設計方案。
A. 更改橋梁型式為鋼橋降低自重,減少自重引致的地震慣性力及彎矩。
B. 跨台1線橋重量至少減少200T,跨臺鐵橋減少120T。
C. 既有跨台1線橋寬32M/橋長35M,預力PCI梁,梁深2M,全橋重約1500T,兩側橋台加高重量共增加約200T。
D. 既有跨舊臺鐵橋寬32M/橋長22M,預力PCI梁,梁深0.8M,全橋重約900T,兩側橋台加高重量共增加約120T。
圖3 介壽陸橋抬高路段結構示意圖
2. 縱坡調整(詳圖4)
依據速率60km/hr,最大縱坡度限制為7%,設計結果為5.1%,以捷運穿越箱涵之高程作為設計基準,抬高既有介壽陸橋,並以不影響東側臺鐵上方橋梁線型,進而消除臨軌作業風險。經研析後,設計設定3處PVI點,抬升影響範圍約270公尺,抬升高度最高約1.95公尺,其中包括西側跨越台1線橋梁及東側跨越舊有臺鐵上方橋梁,詳圖3。此抬升方案與東側既有跨臺鐵橋梁平順銜接,不影響臺鐵上方橋梁高程,於舊臺鐵與臺鐵之間,線型上低點處以加設排水溝方式解決橋面排水。
圖4 介壽陸橋縱坡調整圖
3. 捷運箱涵半半施工(詳圖5)
施工採擋土支撐方式,順序先施作南半側完成後,再進行北半側,如圖5所示。
圖5 捷運箱涵半半施工順序示意圖
四、工法特性
1.設計採取輕量化:考量沿用之既有橋台,缺乏詳細結構資訊,設計時採用鋼構橋取代PCI橋,減輕上部結構彎矩;以及配合設置減重箱涵,減少土壤靜重,維持整體結構穩定。(詳圖6)
2.施工期間交通維持:本陸橋抬升工程位於岡山區186線道,為岡山地區銜接國道1號之重要幹道,配合交通需求,需維持車道通行,施工期間維持雙向1快1慢車道通行,將交通影響降至最低。
3.舊橋拆除切割工法減低噪音震動:本陸橋抬升工程與台1線正交,舊橋拆除倘以傳統敲除及運棄,將影響橋下台1線交通;本工程既有橋面採切割後整塊吊離,PCI梁亦於切割後整支吊離,可加速舊橋拆除時程,縮短影響台1線交通時間,並消弭傳統敲除之噪音振動,確保施工中橋下通行安全。
4.新建鋼構梁夜間吊裝減少影響:新建鋼構橋梁位於台1線及舊臺鐵路線上方,施工時採取夜間封閉道路吊裝,吊裝速度快且減少施工中風險。
5.部分結構體敲除後再利用:除主結構以吊裝運除以外,部分次要結構舊地敲除之後,將粒徑研磨至10~15公分,作為工區臨時便道及回填材料使用,回收材料循環使用。
圖6 減重箱涵設計
五、介壽陸橋抬高之交通維持
由於介壽陸橋為中山高速公路聯絡岡山地區之重要道路,在介壽陸橋線型抬高之施工時,仍然要維持道路雙向暢通,因此配合工程之半半施工,交通維持亦有配套措施。
1.陸橋抬升工程採半半施工,階段一南半側施工,占用往東人行道、車道及中央分隔島。南半側橋面板移除,採半半施作,橋下台1線封閉單向車道。拆除及吊裝南半座鋼I梁,夜間封閉台1線(詳圖7)。
圖7 介壽陸橋施工交通維持示意圖
2.橋面板打除採半半施作,配合橋下台1線輪流封閉單向車道。大梁拆除及吊裝作業時,夜間封閉台1線(22-06時)。車流改道岡山路或阿公店路。
六、施工流程
1.階段1:移除南半側橋面及大梁(圖8)
A. 封閉北半側往東人行道、車道及中央分隔島。北半側橋面維持雙向通行(東西向各一快/一慢車道)。
B. 南半側切割及拆除既有橋面板構造。
C. 南半側切割及夜間吊離既有PCI梁。
2.階段2:南半側橋台加高(圖9)
D. 切割既有橋台及新設抬升橋台及背牆。
E. 新設混凝土支承墊。
F. 背牆後方新設減重箱涵。
G. 台1線及舊臺鐵上方鋼橋吊裝(圖10)。
H. 橋面板施工。
3.階段3:捷運箱涵施工(圖11)
I. 設置擋土支撐措施。
J. 開挖及移除既有結構。
K. 新建捷運箱涵結構。
L. AC鋪築道路復原及交維改道(南半側開放,封閉北半側)。
4.階段4~6:北半側施工,施工程序同階段1~3(圖12)
5.階段7:中央分隔島施工
圖8 橋面及大梁移除
圖 9 橋台升層牆身施作
圖10 舊臺鐵上方鋼橋及台1線上方鋼橋吊裝
圖11 捷運箱涵施工
圖12 北側捷運箱涵、台1線上方鋼橋及舊臺鐵上方鋼橋現場施工情形
七、施工關鍵課題
1.既有結構物調查:本案缺乏既有結構尺寸,鋼筋配置及基樁樁徑及基樁配筋,僅概略得知橋台型式。為瞭解既有構造狀況,於橋台中央處辦理非破壞檢測,確認混凝土強度fc'皆大於混凝土設計強度(210kgf/cm2),並據以辦理後續設計作業。(待續)
【本文稿經由台灣省土木技師公會技師報同意轉載;未經允許請勿任意轉載】
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