Page 101 - 捷運技術 第33期

捷運技術半年刊 第 33 期 94 年 8 月 95

3.隧道開挖支撐分析

(1)分析方法與分析模式
本分析模擬隧道近接的開挖支撐狀況，檢核隧道周圍塑性區大小、支撐應力及地表沉
陷狀況，以輔助近接段地盤改良之隧道設計。

分析採FLAC程式進行，以二維平面應變元素模擬地層材料，以梁元素模擬襯砌環片。
並假設土壤為一均質均向材料，其組成律為完全彈塑性模式，破壞準則採用
Mohr-Coulomb準則。地盤改良範圍亦採均質均向材料模擬，其組成律與破壞準則與土
壤一致。

(2) 分析參數

初始應力
初始應力之垂直應力分量依覆土壓力估計，水平應力則由靜止土壓力係數 K 計算如下：
o
σ = (γ + ′ γ ) H
y w
σ = γ ′ H K + γ H
x o w
式中γ ′、γ 分為土壤與水之單位重，H 為覆土深度，並依各次層之土壤單位重與層厚之
w
乘積疊加求得其初始應力， K 可依下式計算：
o
砂土 K = 1 − sin φ′ (Jaky，1948)
o
粘土 K = 95.0 − sin φ′ (Brooker與Ireland，1965)
o
另為保守計，地表載重皆設為50kPa。
② 土層材料參數
②土層材料參數
②②土層材料參數土層材料參數
土層材料參數分述於以下各區段之說明。
本次設計之地盤改良方案改良率約78%，改良範圍之砂土層單壓強度可提高至2MPa
2
2
（20kg/cm ），粘土層可達1MPa（10kg/cm ），凝聚力則皆可達3MPa以上。為保守計，
採粘土層之單壓強度1MPa為依據，並折減其強度與變形性至60%，即改良範圍之單位
3
重23kN/m ，凝聚力173.2kPa，摩擦角30˚ ，彈性模數100MPa(依E=333Su估計)，柏松
比取0.4。
(3)支撐系統參數

3
潛盾隧道採環片支撐，厚度為0.25m，單位重25kN/m ，抗壓強度為45MPa，彈性模數
設為31.9GPa。
4.分析結果

(1)支撐應力
經地盤改良後，不考慮環片間接頭勁度折減情況下，四條潛盾隧道開挖後襯砌環片之
軸力，最先開挖之信義線下行隧道最大軸力值最大，達1.717MN，引致襯砌應力值為
6.87MPa，最後開挖之新莊線上行隧道最大軸力值最小，為0.78MN，引致襯砌應力值
為3.21MPa。分析結果顯示，由軸力引致之襯砌壓應力皆遠小於其抗壓強度值。
不考慮環片間接頭勁度折減情況下，最先開挖之信義線下行隧道最大彎矩值為
280.4kN‧m，引致襯砌應力為最大值為+26.92MPa；最後開挖之新莊線下行隧道最大
彎矩值為115.1kN‧m，引致襯砌應力為最大值為+11.06MPa。分析結果顯示，由彎矩
引致之襯砌應力亦小於其強度值，且由軸力與彎矩兩者引致的襯砌應力之合仍小於其